例題集

熱力学の第一法則

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難易度

熱力学の第一法則(1) 準静的過程

知識・記憶レベル   難易度:
系の中の物質が「平衡状態を保ちながら, 静かに状態変化が生じる仮想の可逆過程」を何と呼ぶか答えよ.(この過程では,外界の圧力と系の圧力がつり合いを保ったまま変化が生じる)

熱力学の第一法則(2) 第一法則の表現

知識・記憶レベル   難易度:
熱力学の第一法則として知られる次式を表現せよ. ただし,$q$は系に与える作動流体$1\,\rm{kg}$当りの熱量,$w$は系が外部にする動作流体$1\,\rm{kg}$当りの仕事,$p$は圧力,$\upsilon$は比容積,$u$は比内部エネルギ,$h$は比エンタルピとする. $(1)$ 熱と仕事の等価性 $1\,\rm{kcal}=(\ \ a \ \ )\,\rm{kJ}$ $(2)$ (閉じた系の)熱力学の第一法則 $dq=(\ \ b\ \ )$ $(3)$ 熱力学の第1基礎式 $dq=(\ \ c\ \ )$ [準静的過程;$u$を用いた表現] $(4)$ 熱力学の第2基礎式 $dp=(\ \ d\ \ )$ [準静的過程;$h$を用いた表現]

熱力学の第一法則(3) 定常流動系の第一法則

知識・記憶レベル   難易度:
図に示すような流動系の動力発生システム(例えばタービン)において,質量流量$G\,\rm{[kg/s]}$の作動流体が,比エンタルピ$h_1\,\rm{[J/kg]}$,流速$w_1\,\rm{[m/s]}$,位置ヘッド$z_1\,\rm{[m]}$でシステムに入り,比エンタルピ$h_2\,\rm{[J/kg]}$,流速$w_2\,\rm{[m/s]}$,位置ヘッド$z_2\,\rm{[m]}$で排出され,定常状態を維持している. このとき,システムには周囲から$\dot{Q}\,\rm{\textrm{[W]}}$の熱量が加えられているものとして,このシステムの出力$\dot{L}\,\rm{\textrm{[W]}}$を求めよ. ただし,重力加速度を$g\,\rm{[m/s^2]}$とする. %=image:/media/2015/01/22/142192379487350900.png:

熱力学の第一法則(4) 熱量,仕事,内部エネルギ

理解レベル   難易度: ★★
圧力$0.6\,\rm{MPa}$,容積$1.5\,\rm{m^3}$の空気が一定圧力のもとで,$4.3\,\rm{m^3}$にまで膨張した. その際の熱量$350\,\rm{kJ}$が加えられたとして,$(\ 1\ )$空気が外部に行った仕事$W$と$(\ 2\ )$内部エネルギの変化$\Delta U$を求めよ.

熱力学の第一法則(5) エンタルピ

理解レベル   難易度: ★★
質量$8\,\rm{kg}$の気体が,ゲージ圧力$400\,\rm{hPa}$,容積$10\,\rm{m^3}$のとき内部エネルギは$1.88\,\rm{MJ}$であったとする. この状態の気体が有する$(\ 1\ )$エンタルピ$H$,ならびに$(\ 2\ )$比エンタルピ$h$を求めよ. ただし,大気圧を$980\,\rm{hPa}$とする.

熱力学の第一法則(6) エンタルピ変化

理解レベル   難易度: ★★
ある作動流体$1\,\rm{kg}$が,図のように状態$1$から状態$2$に温度を一定に保ったまま状態変化したとする. 等温変化では,作動流体の比内部エネルギには変化がないものと考えられる. このときの比エンタルピの変化$\Delta h$を求めよ. %=image:/media/2015/01/22/142192341493830700.png:

熱力学の第一法則(7) 蒸気タービン原動機

適用レベル   難易度: ★★★
ある蒸気タービンにおける入口,出口の条件が,次表のように与えられている. 蒸気の質量流量は$1.5\,\rm{kg/s}$,放熱損失は$8.5\,\rm{kW}$である. このタービンの出力$\dot{L}$を求めよ. ただし重力加速度$g$は$9.8\,\rm{m/s^2}$とする. %=image:/media/2015/01/22/142192383737944700.png:

熱力学の第一法則(8) 空気圧縮機

適用レベル   難易度: ★★★
空気圧縮機を用いて,毎分$6.0\,\rm{m^{3}}$の空気($760\,\rm{mmHg}$,$15^\circ{\rm{C}}$における空気)を圧縮する場合を考える. 次の問いに答えよ. $(1)$ 空気のガス定数$R$を$287\,\rm{J/(kg\cdot K)}$として,この圧縮機を通る空気の質量流量$G\,[\rm{kg/s}]$を求めよ. $(2)$ この空気圧縮機の動力$\dot{L}$が$7\,\rm{kW}$であるとき,圧縮機を通過する空気の比エンタルピの変化$\Delta h$を求めよ. ただし,熱損失,位置エネルギーと運動エネルギーの変化は無視する.