Exam text content

 

FYS-1160 Fysiikka S II (Partanen)
1. välikoe 19.10. 2012

Tentissä saa olla mukana funktiolaskin, joka ei ole ohjelmoitava. Opiskelijalla ei saa olla tentissä mu-
kana kaava- tai taulukkokirjaa.

1.

en

 

. Krypton-kaasu, jota voidaan pitää

Selitä seuraavat termit lyhyesti.
a) Entropian muutos (2p)

b) Systeemin sisäisen energian muutos (2p)
c) Ideaalikaasu (2p)

. Nestemäistä etanolia, jonka lämpötila on —10,0*C, laitetaan lasikanisteriin aivan piripintaan. Ka-

nisterin lämpötila ennen etanolin lisäämistä on 20,0*C. Lasin ominaislämpökapasiteetti on 840
J/(kg*K) ja tilavuuden lämpölaajenemiskerroin on 1,2 x 10" 5(*C) '. Etanolin ominaislämpöka-
pasiteetti on 2428 J/(kg*K) ja tilavuuden lämpölaajenemiskerroin on 75+105(?C) '. Kanisterin
massa on 0,110 kg ja etanolin massa on 0,0873 kg.

3) Laske etanolin loppulämpötila, kun kanisteri ja etanoli ovat asettuneet termiseen tasapai-
noon. Lämmönvaihto ympäristön kanssa jätetään huomioimatta samoin kuin etanolin mas-
san muutos etanolin vuotaessa kanisterista. (3p)

b) Kuinka paljon etanolia kanisterista on vuotanut yli ennen kuin terminen tasapaino on saa-
vutettu? (3p)

1-atomisena jalokaasuna, laajenee adiabaattisesti. Kaasun läm-
pötila laskee alkulämpötilasta Ti = 60,0*C loppulämpötilaan T? = —10,0*C. Kaasua on säiliössä
0,450 mol. Säiliön alkutilavuus ennen laajenemista on Vi = 1.00 « 1073 m?.

 

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

b) Piirrä kaasun muutoksen pV-diagrammi. Piirrä diagrammiin myös isotermit 60, 0*C ja —10, 0*C.

(1)
c) Laske, kuinka paljon kaasu tekee työtä laajenemisen aikana. (2p)

« Carnot'n periaatteella toimiva laite ottaa 5,00 kJ lämpöä säiliöstä, jonka lämpötila on —10.0*C.

Kuinka paljon työtä laite tekee, kun laite poistaa lämpöä ympäristöön, jonka lämpötila on a)
25, 07C, b) 0,0*C ja —25,0*C. Ilmoita kussakin kohdassa, toimiiko laite lämpövoimakoneena,
jäähdyttimenä vai lämpöpumppuna ja laske vastaava hyötysuhde tai tehokerroin.

. Kuvassa on esitetty ideaalisen bensiini-moottorin Otto-kierto. Otto-kierron aikana ilman ja polt-

toaineen seos (y = 1.40) käy läpi vaiheet adiabaattisen puristamisen ab, isokoorisen prosessin bc,
adiabaattisen laajenemisen cd ja isokoorisen prosessin da. Moottorin puristussuhde r = 8,0.

a) Minkä kierron vaiheen aikana ilman ja polttoaineen seos i) ottaa lämpöä, ii) luovuttaa huk-
kalämmön ja iii) tekee työtä? (3p)
b) Laske moottorin hyötysuhde. (1p)

c) Kuinka paljon moottori tekee työtä yhden kierron aikana, kun moottori ottaa lämpöä 81,2 J
joka syklillä? Laske myös moottorin hukkalämpö joka syklillä. (2p)

Vakioita:
R = 8,3145 J/mol*K
09C = 273,15 K

Kaavakokoelma kääntöpuolella