1- لماذا يتم تركيب مكيف الهواء بالقرب من النافذة (أو على النافذة) و ليس في وسط الغرفة ؟
2- إذا تم فتح باب ثلاجتك، هل يتسبب ذل في تبريد المطبخ ؟ اشرح.
3- قدر أعلى معامل إنجاز لمكيف مستخدما دراجات حرارة معقولة للمستودعات الحرارية.
4- محطة توليد طاقة كهربائية قدرتها (109 watts)، 1GW، تعمل بين درجتي حرارة بخار 500˚ C و درجة حرارة المحيط 20˚ C. (أ) ما أعلى كفاءة ممكنة لهذه المحطة ؟ (ب) إذا افترض أن تم اكتشاف مادة تتحمل ضغط البخار عند 600˚ C. و استبدل بالآنابيب و المستودعات الحرارية لهذه المحطة هذه المادة، و بيعت الكهرباء الإضافية الناتجة بسعر 5 سنت لكل كيلووات- ساعة، ما المبلغ الذي يمكن أن تكسبه المحطة خلال عام (افترض أن المحطة تستهلك كمية الوقود نفسها التي كانت تستهلكها قبل استبدال المواد الجديدة)
5- محطة تنتج 1GW من الكهرباء، بكفاءة %40. (أ) ما معدل الحرارة التي تتسرب من المحطة إلى المحيط ؟ (ب) إذا كان مستودع البارد عبارة عن نهر يتدفق خلاله الماء بسرعة 100 m3/s، ما مقدار الزيادة في درجة حرارة النهر ؟ (ج)لتجنب التلوث الحراري للنهر، يمكن تبريد المحطة بعمليات تبخر الماء من النهر، ما معدل سرعة التبخر (قد يكون ذلك مكلفا و لكنه ضروري في بعض الحالات)، ما معدل سرعة التبخر ؟ ما مقدار الجزء المتبخر من النهر ؟
6- اقترح بعض العماء استخدام التدرج الحراري في مياه المحيط لتشغيل آلة حرارية. إذا كانت درجة حرارة سطح المحيط 22˚ C و درجة الحرارة عند قاع المحيط 4˚ C. (أ) ما أعلى كفاءة ممكنة لآلة حرارية تعمل بين هاتين الدرجتين ؟ (ب) إذا كانت الآلة 1GW من الكهرباء، ما أقل كمية ماء يمكن استخدامها (لامتصاص الحرارة منها) في كل ثانية.
7- ما مقدار الطاقة الكهربائية اللازمة لتزويد ثلاجة، تتدفق منها حرارة إلى الخارج بمعدل 300 watts، إذا كانت العملية مثالية.
8- ما أعلى قيمة لمعامل إنجاز في آلة تبريد تعمل بين درجتي الحرارة 1 K و 0.01 K ؟
9- يتناسب معدل انتقال الحرارة إلى بناية مكيفة في يوم حار مع الفرق بين درجتي الحرارة في الداخل و الخارج. (Th-Tc)، إذا كان انتقال الحرارة من الخارج إلى الداخل يتم بعملية التوصيل الحراري، فإن هذا التناسب يكون صحيحا. بين أن تكلفة تبريد بناية يتناسب بشكل تقريبي مع مربع الفرق في درجات الحرارة بين الداخل و الخارج. ناقش الدلالات و أعط أمثلة عددية.
10- المضخة الحرارية heat pump هي أداة تقوم بتدفئة البناية بضخ الحرارة إلى الداخل من الجو الخارجي البارد. فتعمل بنفس طريقة عمل الثلاجة، و لكنها تقوم بتدفئة المستودع الحار بدلا من تبريد المستودع البارد، اعتبر أن جميع المتغيرات الآتية موجبة : Th = درجة الحرارة بناية. Tc = درجة الحرارة الخارجية. Qh = كمية الحرارة الداخلية إلى البناية خلال يوم واحد. Qc = كمية الحرارة التي امتصت من الجو خلال يوم واحد. الطاقة الكهربائية التي زودت بها المضخة الحرارية خلال يوم واحدW= (أ) اشرح لماذا يمكن تعريف معامل الإنجاز للمضخة الحرارية Qh /W. (ب) استخدم قانون حفظ الطاقة فقط، ثم أوجد العلاقة بين Qh، Qc و W و هل يسمح قانون حفظ الطاقة بأن تكون قيمة معامل الإنجاز أكبر من 1. (ج) استخدام القانون الثاني في الثرموديناميكا لاشتقاق الحد الأعلى لمعامل الإنجاز بدلالة درجات الحرارة Th و Tc فقط. (د) تعد المضخة الحرارية أفضل من الفرن الكهربائي ؟ اشرح سبب ذلك (أدخل بعض التقديرات العددية).
11- تستخدم بعض الثلاجات اللهب بوصفه مصدرا للشغل (ثلاجة الامتصاص) حيث تستخدم هذه الثلاجة وقود البروبان Propane، و يستخدم هذا النوع من الثلاجات في المناطق التي لا تتوافر فيها الكهرباء. اعتبر القيم الآتية موجبة : Qf = الحرارة الداخلة إلى الثلاجة من اللهب. Qc = الحرارة المستخرجة من الثلاجة. Qr = الحرارة المفقودة إلى الغرفة. Tf = درجة حرارة اللهب. Tc = درجة الحرارة داخل الثلاجة. Tr = درجة حرارة الغرفة. (أ) بعرف معامل الإنجاز لهذه الثلاجة بالعلاقة Qc / Qf، اشرح ذلك. (ب) بتطبيق قانون حفظ الطاقة فقط، أوجد العلاقة بين Qf، Qc، Qr و هل يسمح قانون حفظ الطاقة بأن تكون قيمة معامل الإنجاز أكبر من 1. (ج) استخدم القانون الثاني في الثرموديناميكا لاشتقاق الحد الأعلى لمعامل الإنجاز بدلالة درجات الحرارة فقط Tr، Tc، Tf.
12- أثبت أنه إذا كانت هناك آلة حرارية ذات كفاءة أفضل من القيمة المثالية في معادلة (5.4)، يمكنك أن تكون منها ثلاجة كارنو لتصنع ثلاجة لا تحتاج إلى شغل داخل إليها.
13- اشتق المعادلة لكفاءة دورة أوتو.
14- تتحكم كمية الوقود الداخلية في أسطوانة آلة الاحتراق الداخلي في الشغل المنجز في كل شوط. و كلما زادت كمية الوقود زادت درجة الحرارة، و زاد الضغط عند 3 و 4 في كل دورة. و طبقا للمعادلة 10.4 فإن الكفاءة تعتمد على نسبة الانضغاط (و هي متساوية في جميع الآلات) و ليس على كمية الوقود المستهلكة. هل تعتقد أن هذا الاستنتاج يبقى صحيحا إذا أخذ الاحتكاك في الحسبان ؟ هل تكون كفاءة الآلة الحقيقة أعلى إذا علمت الآلة بقدرة أعلى ؟
15- اشتق علاقة لكفاءة الآلة الديزل بدلالة نسبة الانضغاط V1 / V2 و نسبة القطع V3 / V2. ثم اعتبر أن نسبة الانضغاط متساوية في هذه الدورة و دورة أوتو أثبت أن كفاءة دورة الديزل أقل من كفاءة دورة أوتو، ثم أوجد الكفاءة النظرية لدورة الديزل إذا كانت نسبة الانضغاط = 18 و نسبة القطع 2.
16- محطة توليد طاقة صغيرة تعمل بين درجتي حرارة 20˚ C أو 300˚ C و ضغط بخار 10 bars كحد أعلى. احسب كفاءة دورة رانكن التي تعمل ضمن هذه المعطيات.
17- استخدام تعريف الأنثلبي لحساب التغير في الأنثلبي بين النقاط 1 و 2 في دورة رانكن. لقيم المتغيرات نفسها التي أعطيت في هذا الكاتب، أعد حساب الكفاءة باستخدام قيمة H2 المصححة، و علق على دقة التقريب H2 ≈ H1.
18- احسب كفاءة دورة كارنو إذا تم تعديل المتغيرات التي أعطيت في هذا الجزيء إلى : (أ) خفض درجة الحرارة إلى 500 ˚C. (ب) خفض أعلى ضغط إلى 100 bars. (ج) خفض أقل درجة حرارة إلى 10 ˚C.
19- في التوربيد الحقيقي، تزاد الإنتروبي بطريقة ما. كيف يؤثر ذلك في نسبة السائل و الغاز عند النقطة 4 ؟ و ما تأثير ذلك في الكفاءة ؟
20- إذا كانت قيم المتغيرات هي ما ذكر سابق من حيث درجة الحرارة و الضغط لمحطة توليد طاقة تعمل على الفحم، و تنتج 1GW. قدر كمية بخار بالكيلوجرام التي يجب أن تمر خلال التوربيد في خلال ثانية واحدة.
21- ثلاجة منزلية تعمل على HFC-134a بين ضغط 1.0 bar و 10 bar. (أ) إذا بدأت عملية الانضغاط ببخار مشبع عند ضغط 1.0 bar، و انتهت عند 10 bar، ما درجة حرارة البخار بعد عملية الانضغاط إذا كانت الإنتروبي ثابتة ؟ (ب) قدر قيمة الأنثلبي عند كل نقطة من النقاط 1، 2، 3، 4 ثم احسب معامل الإنجاز-قارن ذلك بمعامل إنجاز ثلاجة كارنو تعمل عند نفس درجة حرارة كل من المستودع البارد و الحار. هل درجات الحرارة هذه مناسبة لعمل الثلاجة المنزلية ؟ (ج) ما نسبة الجزء المتبخر من السائل خلال عملية التمدد بالخنق ؟
22- الحد الظاهر لدرجة الحرارة التي يمكن الوصول إليها باستخدام تبريد الليزر، عندما يكون ارتداد الطاقة عن الذرة من الامتصاص أو الانبعاث لفرتون واحد مقارنا بطاقتها الحركية. قدر بشكل تقريبي هذه الدرجة لذرات الروبيديوم، إذا كان طول موجة الليزر المستخدمة لعملية التبريد هو 780nm. بناء على هذا المبدأ، فإن إنتاج الحرارة وحده غير كاف، و لا يعطي دفعا لتوليد الطاقة، فمن الضروري أن يكون هناك برودة، و من دونها لا فائدة من الحرارة.
