Tentamen 20 oktober 2011

INSTITUTIONEN FÖR TEORETISK FYSIK
KTH
Tentamen i
SI1120 Termodynamik för CMEDT1
Torsdagen den 20 oktober 2011, kl. 08:00 - 13:00
__________________________________________________________________________
Anteckna på varje blad: Namn, utbildningsprogram, årskurs och problemnummer.
Endast ett problem får behandlas på varje blad.
Motivera ordentligt och skriv tydligt!
Lämna bara in dina lösningsblad i omslaget, inte tentauppgifterna,
tabellbladen, ditt formelblad eller tomma blad! Överblivna blad kan
du lämna vid sidan om.
Tillåtna hjälpmedel:
Bifogade tabellblad, miniräknare (utan inprogrammerade formler
eller annan kursinformation), ett A4-blad på vars ena sida får finnas
valfri information.
Examinator:
Bo Cartling, tel: 553 78 167, e-post: boc(at)kth.se
__________________________________________________________________________
1.
En asteroid med en diameter på 10 km och en massa av 2,60  1015 kg slår ned på jorden
med en hastighet av 32,0 km /s och landar i Stilla Havet. Hur mycket av oceanens vatten,
som ursprungligen har en temperatur på 10,0 o C , kokar bort om 1% av asteroidens
kinetiska energi går åt för detta?
2.
Värmet i en brödrost strålar ut från en tunn tråd som blir mycket varm när man leder en
ström genom den. En brödrost är märkt med effekten 450 W. Den tunna tråden är 60,0
cm lång och har diametern 1,00 mm. Förutsatt att brödrostens hela effekt omvandlas till
strålningsenergi och att tråden strålar idealt, vilken temperatur når värmetråden?
3.
En liten kub av koppar, med sidlängden 2,00 cm, är upphängd i en tråd. Kuben upphettas
från 20,0 o C till 90,0 o C . Luften kring kuben har atmosfärstryck. Koppar har densiteten
8,93  103 kg/m3 . Beräkna för uppvärmningen:
a) volymökningen av kuben,
b) arbetet som kuben utför,
c) tillfört värme till kuben,
d) ändringen av inre energi hos kuben.
e) Vad innebär dina resultat för skillnaden mellan cP och cV för koppar?
4.
Övertrycket, dvs trycket utöver atmosfärstrycket hos den omgivande luften, i en
champagneflaska är 3,0 atmosfärer då den tas ut ur ett kylskåp med temperaturen 5,0 o C .
Den öppnas direkt och korken flyger iväg. Vad är temperaturen i gasen ovanför
vätskeytan inne i flaskan omedelbart efter att korken flygit iväg? Antag att gasen har
samma egenskaper som luft och att inget värmeutbyte hinner ske med omgivningen. Vad
är det som fått temperaturen att ändras när nu inget värmeutbyte sker?
5.
1,0 mol ideal gas av tvåatomiga molekyler, med 5 aktiverade frihetsgrader, genomgår en
kretsprocess med följande tre reversibla delprocesser:
1. en isobar expansion där gasen upptar värmemägden Q=8,0 kJ,
2. en adiabatisk expansion,
3. en isoterm återgång till begynnelsetillståndet där temperaturen är 300 K.
Beräkna förhållandet mellan start- och slutvolymen under isotermen.
6.
Betrakta en snöflinga i torr luft av temperaturen -10,0 oC . Vid solbestrålning förångas
snöflingan direkt utan vattenbildning eftersom temperaturen ligger under fryspunkten. En
sådan förångning, som kallas sublimering (så kallas även det omvända förloppet), kräver
3000 J/g. Snöflingan väger 1,00  103 g
a) Med vilken faktor förändras antalet mikrotillstånd vid förångningen? Uttryck svaret
som 10exponent .
b) Förklara kvalitativt varför det blir en förändring av antalet mikrotillstånd vid den
beskrivna processen.