21 Termodynamika fen..

21. Termodynamika fenomenologiczna: podstawowe pojęcia; zerowa i
pierwsza zasada termodynamiki oraz ich zastosowania
Maksymalna liczba punktów: 14 za teorię (A), 6 pkt za zadanie (B) – razem 20 punktów.
Treść pytania:
A) Zdefiniować podstawowe pojęcia termodynamiki fenomenologicznej: ciśnienie,
temperaturę, energię wewnętrzną. Sformułować zerową zasadę termodynamiki – jakie
jest jej „praktyczne” znaczenie? Na jakiej ogólnej zasadzie mierzą temperaturę
termometry? Wymienić kilka rodzajów termometrów. Sformułować pierwszą zasadę
termodynamiki.
B) Idealna maszyna cieplna pracuje według cyklu Carnota. Przy tym 80% ciepła,
otrzymanego od źródła, jest przekazywana chłodnicy, temperatura której jest równa
0 C . Wyznaczyć temperaturę źródła i współczynnik sprawności maszyny.
Punktacja części A (teoria):
a) Podstawowe pojęcia termodynamiki – 3 pkt;
b) Zerowa zasada termodynamiki – 3 pkt;
c) Zastosowanie zerowej zasady: termometry – 4 pkt;
d) Pierwsza zasada termodynamiki – 4 pkt.
Punktacja części B (zadanie):
a) Analiza zadania i potrzebne wzory – 2 pkt;
b) Wzory końcowe na temperaturę i współczynnik sprawności – 2 pkt;
c) Wyniki liczbowe (z prawidłowymi jednostkami SI – kelwiny!) – 2 pkt.
TYLKO DLA WYKŁADOWCY
Zalecenia/komentarze dla oceniających:
Komentarz do części A:
a) Definicja energii wewnętrznej – 1 pkt; definicja ciśnienia – 1pkt; definicja
temperatury (makroskopowa,) – 1 pkt (UWAGA: nie ma sensu definiować
objętości…);
b) Sformułowanie zasady jest równocześnie wyjaśnieniem pojęcia równowagi
termodynamicznej! Tak więc uważać, czy odpowiedź na to nie została przez Studenta
zawarta w podpunkcie a) – 2 pkt; znaczenie: dzięki niej można w ogóle wprowadzić
taki parametr, jak temperatura (makroskopowo)! – 1 pkt;
c) zasada działania termometrów (związek z ciśnieniem i/lub objętością) – 1 pkt; typy
termometrów (objętościowe, gazowe, termopary, termorezysty, pirometry, bolometry,
bimetale) – max. 3 pkt;
d) na wykładzie: „energia wewnętrzna układu wzrasta, jeżeli układ pobiera energię w
postaci ciepła i maleje, kiedy wykonuje on pracę”; tu, niestety, sformułowań jest w
cholerę i jeszcze więcej, więc będzie trudno; zwłaszcza, że na wykładzie zwracałem
uwagę, ze ciepło to raczej proces przekazywania energii, więc się go nie „pobiera”
ale raczej „pobiera energię wewnętrzną”; na wykładzie: „Pierwsza zasada
termodynamiki jest rozszerzeniem zasady zachowania energii na układy
nieizolowane: energia może być przekazywana układowi lub zabierana z układu w
postaci ciepła i pracy”; ogólnie; zasada opisuje proces wymiany energii z otoczeniem i
to nie tylko energii mechanicznej, ale tej „nowej”, cieplnej (wewnętrznej); punktacja
dość dowolna… – 4 pkt.
Komentarz do części B:
a) Wzory na sprawność maszyny cieplnej „ogólny” (oparty na ciepłach:  
maszyny Carnota (na temperaturach:  
Q1  Q2
) i
Q1
T1  T2
) – za każdy po 1 pkt;
T1
T2
 T2
Q1
T2
0,80
b) T1  T1 
i T
– za każdy po 1 pkt;
Q2 0,80
2
0,80
c) T1  341 K i   0,2 – za każdy po 1 pkt.
UWAGI OGÓLNE: Zaleceniem, o którym „trąbiłem” niemal na każdym wykładzie, jest minimalizacja wzorów a
maksymalizacja definicji słownych, opisowych. Każdą odpowiedź za pomocą „wzorku” i bez słowa komentarza,
potraktować minimalną ilością punktów (1). Każdy „wzorek” bez objaśnionej choćby jednej występującej w niej
wielkości traktować jako nieistniejący i nie punktować w ogóle!