Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 7

Like dokumenter
Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 4

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 2

Lab 8 Resonanskretser, serie og parallell. Båndbredde (B W ) og Q-faktor.

UNIVERSITETET I OSLO

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 1

Oppgave 4. Med utgangspunkt i eksemplet gitt i oppgaveteksten er veien ikke lang til følgende kode i Matlab/Octave:

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-2001

UNIVERSITETET I OSLO

KJM2600-Laboratorieoppgave 5

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgave 1 V 1 V 4 V 2 V 3

Løsningsforslag til øving 1

Exercises population. Øyvind Ryan

Fra UiO sine websider (med tentativt antall poeng):

Kondenserte fasers fysikk Modul 3

PROSESSTEKNIKK (TKP4120) Tema: "Van der Waals tilstandslikning" (ca. 4 timer)

Løsningsforslag til øving 10

Oblig 1 FYS2130. Elling Hauge-Iversen

UNIVERSITETET I OSLO

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 8. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

Lab 2 Praktiske målinger med oscilloskop og signalgenerator

11. september Institutt for geofag Universitetet i Oslo. GEO En Introduksjon til MatLab. Kapittel 6 + en hel del ekstra.

Regneøving 9. (Veiledning: Fredag 18. mars kl og mandag 21. mars kl )

Øving 5 - Fouriertransform - LF

Oblig 6 i Fys-Mek1110

Løsningsforslag til øving 10

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

a) Stempelet står i en posisjon som gjør at V 1 = m 3. Finn det totale spesikte volumet v 1 til inneholdet i tanken. Hva er temperaturen T 1?

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

Kondenserte fasers fysikk Modul 2

Flervalgsoppgaver. Gruppeøving 10 Elektrisitet og magnetisme

Løsningsforslag til ukeoppgave 6

KJM2600-Laboratorieoppgave 4

Kondenserte fasers fysikk Modul 4

Eksamen i: Fys-2001 Statistisk fysikk og termodynamikk Dato: Tirsdag 26. februar 2013 Tid: Kl 09:00 13:00

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

Figur 1: Skisse av den ene armen til en sentrifuge; kjerne i beholder. dp = ρω 2 Z 2 1. rdr; = 1 2 ρω2 (r 2 2 r2 1):

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

Obligatorisk oppgave nr 3 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

Q = π 4 D2 V = π 4 (0.1)2 0.5 m 3 /s = m 3 /s = 3.93 l/s Pa

Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 3

FYS2160 Laboratorieøvelse 1

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 3. Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4

FYS-MEK 1110 OBLIGATORISK INNLEVERING 1 ROBERT JACOBSEN ( GRUPPE 1 )

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Kje-1005 Termodynamikk og Kinetikk Dato: Torsdag 6.juni 2013 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 3

Oppgave 1.6 Hva skrives ut? Riktig svar: The total rainfall from June to August was 54.00

Matematikk Øvingsoppgaver i numerikk leksjon 3 Løsningsforslag

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl august 2018 Nynorsk

Kapittel Oktober Institutt for geofag Universitetet i Oslo. GEO En Introduksjon til MatLab. Kapittel 14.

Kollokvium 4 Grunnlaget for Schrödingerligningen

Sammendrag, forelesning onsdag 17/ Likevektsbetingelser og massevirkningsloven

De viktigste formlene i KJ1042

Fasit til norsk finale

Litt om matlab. fourms. University of Oslo. MUS Musikk og bevegelse. 20 mars Music, Mind, Motion, Machines

Oppgave 2 Vi ser på et éndimensjonalt system hvor en av de stasjonære tilstandene ψ(x) er gitt som { 0 for x < 0, ψ(x) = Ne ax (1 e ax (1)

LØYSINGSFORSLAG, eksamen 20. mai 2015 i fag TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 v. Ivar S. Ertesvåg, mai 2015/sist revidert 9.juni 2015.

Innføring i MATLAB - The language of Technical Computing

Forelesning 3. april, 2017

FYS-MEK1110 Oblig 2 [Type text] [Type text]

MAT Oblig 1. Halvard Sutterud. 22. september 2016

Control Engineering. MathScript. Hans-Petter Halvorsen

FYSMEK1110 Oblig 5 Midtveis Hjemmeeksamen Sindre Rannem Bilden

EKSAMENSOPPGAVE. FYS-2001 Statistisk fysikk og termodynamikk Dato:

AST1010 En kosmisk reise. Forelesning 4: Fysikken i astrofysikk, del 1

Figur 1: Isoterm ekspansjon. For en gitt temperatur T endrer trykket seg langs den viste kurven.

FYS2140 Kvantefysikk. Løsningsforslag for Oblig 7

Universitetet i Oslo FYS Labøvelse 3. Skrevet av: Sindre Rannem Bilden Kristian Haug

Kjemisk likevekt. La oss bruke denne reaksjonen som et eksempel når vi belyser likevekt.

EKSAMEN I FAG SIF5005 MATEMATIKK 2

Oppgave x d 1.0 for n from 1 by 1 to 200 do x d sin x end do

NTNU Fakultet for Naturvitskap og Teknologi Institutt for Fysikk

Matlab-tips ved oblig3 i FYS-MEK/F 1110 våren 2006

Snøtetthet. Institutt for matematiske fag, NTNU 15. august Notat for TMA4240/TMA4245 Statistikk

Tabell 1: Beskrivende statistikker for dataene

Obligatorisk oppgave 2

UNIVERSITETET I OSLO

Sted Gj.snitt Median St.avvik Varians Trondheim Værnes Oppdal

TMA4245 Statistikk Høst 2016

Oppgave Iterasjonen ser ut til å konvergere sakte mot null som er det eneste fikspunktet for sin x.

MATLAB-OPPGAVER I IGR1601 MATEMATIKK 2 VÅREN 2017

Løsningsforslag til eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Mandag 12. august, 2013

FY6019 Moderne fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren Løsningsforslag til øving 4. 2 h

Matlab-intro MUS4218

Appendix A. Ole Christian Lingjærde, Dept of Informatics, UiO. 23. september 2019

QED Matematikk for grunnskolelærerutdanningen. Bind 2. Fasit kapittel 1 Kalkulus

Laboratorieøvelse 2 N

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 7. Sindre Rannem Bilden, Gruppe 4

TMA4240 Statistikk Høst 2012

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

Noen MATLAB-koder. 1 Plotte en vanlig funksjon. Fredrik Meyer. 23. april 2013

FYS1120: Oblig 2 Syklotron

Løsningsforslag nr.2 - GEF2200

: subs x = 2, f n x end do

Løsningsforslag til eksamen i TFY4230 STATISTISK FYSIKK Tirsdag 9. aug 2011

Transkript:

FYS2160 Termodynamikk og statistisk fysikk Oblig 7 Sindre Rannem Bilden 4. november 2015

Oppgave 0.11 - Fase likevekt i en van der Waals system a) is at trykket, p(n,, T ), til van der Waals gassen er p = NkT Svar: Har F og vet at p = ( ) F og får ( ) F p = = NkT b) is at trykket til van der Waals gassen kan skrives som c) Plott trykket ˆp som funksjon av ˆ i området 0.4 til 20 for ˆT = 1.15, 1.0 og 0.85. = np. linspace (0.4,20,1000) T = [0.85, 1.0, 1.15] def P(,T): return (8* T )/(3* -1) -3.0/ **2 plt. plot (,P(,t),\ label = T=%g %t) plt. xlabel ( $\ hat {}$ ) plt. xlim (0.4,5), plt. ylim (0,3) plt. legend () 8 ˆT 3 ˆ 1 3ˆ Svar: Setter inn p p c, ˆ = c og ˆT = T T c, der p c = a, 27b 2 c = 2Nb og kt c = 8a 27b. p = NkT ˆp a 8a 27b 2 = N ˆT 27b 3Nb ˆ 9N 2 b 2 ˆ ˆp a 27b 2 = ˆT 8a 27b 2 (3 ˆ 1) a 9b 2 ˆ 8 ˆT 3 ˆ 1 3ˆ

d) is at trykket også kan uttrykkes ved tettheten istedenfor volum: 8ˆρ ˆT 3 ˆρ 3ˆρ2 Svar: Introduserer ˆρ = 1ˆ = ρ ρ c, ρ c = 1 3b og setter inn 8 ˆT 3 ˆ 1 3ˆ = 8 ˆT 3 ˆ ˆˆ 3ˆ 8 = ˆT ˆ (3 1ˆ ) 3ˆ = 8 ˆT ˆρ 3 ˆρ 3ˆρ2 e) Plott trykket ˆp som en funksjon av ˆρ i området 0.0 til 2.0 for ˆT = 1.15, 1.0 og 0.85. rho = np. linspace (0.2,2.0,10000) T = [0.85, 1.0, 1.15] def P(rho,T): return (8* T* rho )/(3 - rho )\ -3.0* rho **2 def ( rho ): return 1.0/ rho def G(rho,P,T): return -3.0* rho -8.0* T*\ np.log (3.0/ rho -1.0)/3.0+ P/ rho plt. plot (rho,p(rho,t),\ label = T=%g %t) plt. xlabel (r $\ hat {\ rho }$ ) plt. xlim (0.2,2), plt. ylim (0,3) f) Basert på plottet i e), ved hvilken temperatur er tettheten blitt en ikke-unik funksjon av trykket? Svar: Set at ˆT = 1.0 gir en relativt flat graf ved ˆρ = 1.0 og at den helt klart er ikkeunik ved ˆT = 0.85, antar at funksjonen er ikke-unik ved ˆT < 1.0. g) Basert på plottet, når blir den isotermiske kompressibiliteten κ = 1 ( ) = 1 ( ) ρ P ρ P blir negativ? Svar: For ˆT = 0.85 er κ negativ mellom ˆρ = 0.6 og ˆρ = 1.5. h) is at Gibbs fri energi til systemet i dimensjonale størrelser er G = NkT ( ) Nb 2aN NkT nq ( Nb) ln + 1 N

Svar: et at G vdw = F vdw + p, setter inn uttrykket for p og får G vdw =F vdw + p =F vdw + NkT = NkT Nb NkT ( ln [ nq ( Nb) i) Agrumenter for at Gibbs fri energi kan skrives N ] ) + 1 G = NkT ln [ Nb] an 2 +p +NkT c(t ) Svar: Da F vdw har flere ledd som er uavhengige av kan disse samles i en funksjon kun avhengig T. G vdw blir defor G = NkT ln [ Nb] an 2 +p +NkT c(t ) j) is at Gibbs fri energi per partikkel er ĝ = G/Gc N = 3ˆρ 8 ˆT 3 ln 3ˆρ 1 + ˆpˆρ om man kun tar med ledd avhengig av ˆp eller ˆρ Svar: Setter inn G c = 3kT c /8 og får 2aN 2 G = NkT ln [ Nb] an 2 + p + NkT c(t ) = Nk ˆT T c ln ˆ c Nb an 2 + ˆpp c ˆ c ˆ c G G c N = 8 3 ˆT a8n 2 ln ˆ 3Nb Nb 3kT c ˆ 3N 2 b + ˆp a 27b2 ˆ 27b2 a ĝ = 8 3 ˆT ln ˆ 3Nb Nb 3ˆ + ˆp ˆ = 3ˆρ 8 [ ( )] 3 ˆT 3 ln Nb ˆρ 1 + ˆpˆρ = 3ˆρ 8 ( ) 3 ˆT 3 ln [Nb] + ln ˆρ 1 + ˆpˆρ = 3ˆρ 8 3 ˆT 3 ln ˆρ 1 + ˆpˆρ

k) For ˆT = 0.9 plott ˆp som en funksjon av ˆρ i området 0.2 til 2.0. Plott så ˆ som en funksjon av ˆp for samme data ved å bruke ˆ = 1ˆρ. Plott til slutt ĝ som funksjon av ˆp for det samme datasettet. Kommenter kurven for Gibbs fri energi. rho = np. linspace (0.2,2.0,10000) T = [0.9] def P(rho,T): return (8* T* rho )/(3 - rho )\ -3.0* rho **2 def ( rho ): def return 1.0/ rho G(rho,P,T): return -3.0* rho -8.0* T\ *np.log (3.0/ rho -1.0)/3.0+ P/ rho plt. subplot (3,1,1) plt. plot (rho,p(rho,t),\ b,label = T=%g %t) plt. xlabel (r $\ hat {\ rho }$ ) plt. xlim (0.2,2), plt. ylim (0,3) plt. subplot (3,1,2) plt. plot (P(rho,t),( rho ),\ g,label = T=%g %t) plt. ylabel (r $\ hat {}$, rotation =0) plt. legend ( loc =1) plt. subplot (3,1,3) plt. plot (P(rho,t),G(rho,P(rho,t)\,t), r,label = T=%g %t) plt. ylabel (r $\ hat {g}$, rotation =0) Ser at ĝ er negativ, dette kan forskyves med en konstant uavhengig av ˆρ og ˆp. Det virker som at grafen tilhører to forskjellige funksjoner, dette kan være to forskjellige faser.

l) Argumenter for at vi kan finne minimumverdien til Gibbs fri energi ved å se på punktet der ĝ( ˆp( ˆρ)) krysser seg selv. Svar: I punktet hvor ĝ(ˆp(ˆρ)) krysser seg selv vil det sannsynligvis være en faselikevekt og derfor minimal Gibbs fri energi. plt. ylabel (r $\ hat {g}$, rotation =0) m) Finn krysningspunktet i ĝ( ˆp( ˆρ)) og sett inn tilsvarende punkter i ˆρ(ˆp) og ˆ (ˆp). rho = np. linspace (0.2,2.0,100) t = 0.9 def P(rho,T): return (8* T* rho )/(3 - rho )\ -3.0* rho **2 def ( rho ): def return 1.0/ rho G(rho,P,T): return -3.0* rho -8.0* T\ *np.log (3.0/ rho -1.0)/3.0+ P/ rho g = G(rho,P(rho,t),t) p = P(rho,t) RHO = [] for i in range (0, len ( rho )): for j in range (i+1, len ( rho )): if abs (g[i]-g[j ]) <0.01 and \ abs (p[i]-p[j ]) <0.001 and \ abs (i-j) >5: RHO. append ( rho [i]) RHO = RHO [0] RHO2 = rho [ abs (P(RHO,t)-P(rho,t )) <0.0001][: -1] plt. subplot (3,1,1) plt. plot (rho,p(rho,t), b,label = T=%g %t) plt. scatter (RHO2,P(RHO2,t)) plt. plot (RHO2,P(RHO2,t), black ) plt. xlabel (r $\ hat {\ rho }$ ) plt. xlim (0.2,2), plt. ylim (0,3) plt. subplot (3,1,2) plt. plot (P(rho,t),( rho ), g,label = T=%g %t) plt. scatter (P(RHO2,t),1/ RHO2 ) plt. plot (P(RHO2,t),1/ RHO2, black ) plt. ylabel (r $\ hat {}$, rotation =0) plt. legend ( loc =1) plt. subplot (3,1,3) plt. plot (P(rho,t),G(rho,P(rho,t)\,t), r,label = T=%g %t) plt. scatter (P(RHO,t),G(RHO,P(RHO,t),t))

n) Hva tror du egentlig skjer mellom de to punktene? Svar: Jeg tror det er faselikevekt, her har man begge fasene i forskjellige komposisjoner. o) Gjør et systematisk studie hvor du ser på linjen mellom de to punktene i ˆp( ˆ ) for ˆT = 1.0 ned til 0.85. Kommenter. Svar: Ser at skillet mellom de to fasene (punktene) er større ved lavere temperaturer, ved ˆT = 1.0 er de like som vil si ˆT = 1.0 er den kritiske temperaturen.