Exam text content

FYS-1160 Fysiikka S 2 (Partanen) a
1. välikoe 18.10. 2013 ,

Tentissä saa olla mukana funktiolaskin, joka ei ole ohjelmoitava. Opiskelijalla ei saa olla tentissä mu-
kana kaava- tai taulukkokirjaa.
Paperin toisella puolella on vakioita ja kaavakokoelma.

1. Kiinteään kappaleeseen (massa. 0,50 kg) siirretään lämpöä nopeudella 10,0 kJ/min. Kappaleen
lämpötila mitataan eri ajanhetkillä, ja mittausarvoista on piirretty Kuvassa 1. esitetty kuvaaja.

a) Ratkaise sulamisen latenttilämpö eli sulamislämpö.
b) Ratkaise ominaislämpökapasiteetti kiinteänä ja nesteenä.

aien ssi ss sam ta

Lämpötila (*C)

 

 

 

= aika(min) =

Kuva 1. Kuva 2.

2. Krypton-kaasu, joka käyttäytyy 1-atomisen ideaalikaasun tavoin, laajenee adiabaattisesti. Kaasun
lämpötila laskee alkulämpötilasta Ti = 50,0*C loppulämpötilaan T> = —15,0*C. Kaasua on
säiliössä 0,300 mol. Säiliön alkutilavuus ennen laajenemista on Vi = 0,80+ 1079 m3.

a) Laske kaasun paine pi ja p2 sekä V2. (3)

b) Piirrä kaasun muutoksen pV-diagrammi. Piirrä diagrammiin myös isotermit 50,0"C ja
—15,0*C. (1p)

c) Laske, kuinka paljon työtä kaasu tekee laajenemisen aikana. (2p)

3. Kuvassa 2. on esitetty pV-diagrammi 3,25 moolille N2-kaasua, joka käy läpi termodynaamisen
syklisen prosessin abca. Prosessi ca on isoterminen. Kaasu käyttäytyy ideaalikaasun tavoin.
a) Laske kaasun ja ympäristön välillä siirtynyt lämpö prosesseissa ab, bc ja ca. Siirtyykö lämpöä
systeemiin ja vai systeemistä ulos? (3p)
b) Laske kaasun sisäisen energian muutos prosesseissa. ab, bc ja ca. (2p)
Kuinka paljon työtä kaasu tekee syklin aikana? (1p)

K

  

4. — a) Termodynamiikan 2. pi intö rajoittaa lämpövoimakoneen hyötysuhdetta. ja jäähdyttimen
tehokerrointa. Millainen on termodynamiikan 2. pääsääntö lämpövoimakoneelle ja jäähdyt-
timelle? Piirrä myös pääsääntöön liittyvä energiavirtojen kuvaaja systeemin sekä kylmä- ja
lämpösäiliöiden välillä. (4p)

b) Höyryturbiinissa vesihöyry lämmitetään maksimilämpötilaan 350,0*C. Lauhduttimessa höy-
ry tiivistyy vedeksi ja veden lämpötila laskee 45,0*C vapauttaen samalla hukkalämpöä 1000,0
MW teholla. Laske höyryturbiinin suurin mahdollinen hyötysuhde. Kuinka suurella teholla
höyryturbiini tuottaa mekaanista työtä, jos oletetaan, että höyryturbiini toimii maksimihyö-
tysuhteellaan? (2p)

5. Kaasusäiliö, jonka tilavuus on 5,0 1, on jaettu aluksi ohuella kalvolla kahteen yhtä suureen osaan.
Toinen puoli sisi 2,00 mol ideaalista He-kaasua, jonka lämpötila on 25, 09C. Säiliön toinen
puoli on tyhjiössä. Kun kalvo poistetaan, kaasu pääsee vapaasti koko säiliöön. Laske systeemin
entropian muutos. 5