KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

Like dokumenter
KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

T L) = H λ A T H., λ = varmeledningsevnen og A er stavens tverrsnitt-areal. eks. λ Al = 205 W/m K

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

Arbeid = kraft vei hvor kraft = masse akselerasjon. Hvis kraften F er konstant og virker i samme retning som forflytningen (θ = 0) får vi:

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

2. Termodynamikkens lover Termodynamikkens 1. lov Energiutveksling i form av varme og arbeid Trykk-volum arbeid

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2011 Løsninger

Termisk fysikk består av:

Løsningsforslag til øving 6

FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG Tema for forelesningen var studiet av noen viktige reversible prosesser som involverer ideelle gasser.

Termodynamikk ΔU = Q - W. 1. Hovedsetning = Energibevarelse: (endring indre energi) = (varme inn) (arbeid utført)

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

Fuktig luft. Faseovergang under trippelpunktet < > 1/71

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Tirsdag 9. desember 2008 Tid: kl. 09:00-13:00

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Folkevandringstelling

A 252 kg B 287 kg C 322 kg D 357 kg E 392 kg. Velg ett alternativ

SIO 1027 Termodynamikk I Noen formler og uttrykk som er viktige, samt noen stikkord fra de forskjellige kapitler,, Versjon 25/

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Løsningsforslag til ukeoppgave 6

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

TFY4106 Fysikk Eksamen 17. august V=V = 3 r=r ) V = 3V r=r ' 0:15 cm 3. = m=v 5 = 7:86 g=cm 3

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

gass Faglig kontakt under eksamen/fagleg kontakt under eksamen: Professor Edd A.Blekkan, tlf.:

Flervalgsoppgave. Kollisjoner. Kap. 6. Arbeid og energi. Energibevaring. Konstant-akselerasjonslikninger REP

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i:kje-1005 Termodynamikk og kinetikk Dato: Torsdag 05. juni 2014 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Teorifagbygget, hus 1, plan 2

gass Side 1 av 5 NORGES TEKNISK NATUR- VITENSKAPELIGE UNIVERSITETET INSTITUTT FOR KJEMISK PROSESSTEKNOLOGI

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

Kap Termisk fysikk (varmelære, termodynamikk)

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk Oppsummering

De viktigste formlene i KJ1042

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

KJ1042 Øving 12: Elektrolyttløsninger

Kretsprosesser. 2. hovedsetning

HØGSKOLEN I STAVANGER

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 17. desember 2012 Tid: kl. 09:00-13:00

Reversible prosesser: Termisk likevekt under hele prosessen Langsomt og kontrollert. [H&S] Kap.11. (1. hovedsetning.) Kretsprosesser.

Termofysikk: Ekstraoppgaver om varmekapasitet for gasser og termodynamikkens 1. lov uke 47-48

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

Grunnleggende Termodynamikk

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

EKSAMEN I EMNE TFY4125 FYSIKK

Løsningsforslag eksamen TFY desember 2010.

EKSAMENSOPPGA VE. Fagnr: FO 44JA Dato: Antall oppgaver:

Retningen til Spontane Prosesser

Arbeid og energi. Energibevaring.

Spesial-Oppsummering Høsten 2009 basert på Innspill fra Studenter

Løsningsforslag til ukeoppgave 7

Oppsummering av første del av kapitlet

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl august 2018 Nynorsk

Språkform: Bokmål Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

EKSAMENSOPPGAVE. Oppgavesettet er på 8 sider inklusive forside. Kontaktperson under eksamen: Prof. Richard Engh Telefon:

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

Retningen til Spontane Prosesser. Prosessers Retning

Løsningsforslag til øving 10

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium Oppsummering

Kretsprosesser. 2. hovedsetning

Eksempler og oppgaver 9. Termodynamikkens betydning 17

a) Oppførselen til en gass nær metning eller kritisk punkt vil ikke følge tilstandsligningen for ideelle gasser. Hvordan behandles dette?

Løysingsframlegg kontinuasjonseksamen TFY 4104 Fysikk august 2011

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Anne Borg Tlf BOKMÅL. EKSAMEN I EMNE TFY4115 Fysikk Elektronikk og Teknisk kybernetikk

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Onsdag 22. mai 2013 Tid:

Flervalgsoppgave. Arbeid og energi. Energibevaring. Kollisjoner REP Konstant-akselerasjonslikninger. Vi har sett på:

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

Løsningsforslag til øving 10

Oppsummering - Kap. 5 Termodynamikkens 2. Lov

Oppgave 1 V 1 V 4 V 2 V 3

Termodynamiske grunnbegreper

Løsningsforslag for øvningsoppgaver: Kapittel 7

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Kontinuasjonseksamen august 2010

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

Spørretime TEP Høsten 2012

UNIVERSITETET I OSLO

2. Kjemisk likevekt Vi har kjemisk likevekt når reaksjonen mot høgre og venstre går like fort i en reversibel reaksjon.

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

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Løsningsforslag til øving 4

Q = ΔU W = -150J. En varmeenergi på 150J blir ført ut av systemet.

Til slutt skal vi se på termodynamikkens 2. hovedsetning, som gir retningslinjer for hvilken vei prosesser kan gå.

Side 1 av 10 NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET (NTNU) - TRONDHEIM INSTITUTT FOR ENERGI OG PROSESSTEKNIKK

Innhold. Forord... 11

TFY4104/TFY4115 Fysikk Eksamen 6. desember Lsningsforslag Oppgave 1 { 25 Mekanikk

Kretsprosesser. 2. hovedsetning

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 6. desember 2010 Tid: kl. 09:00-13:00

T 2. + RT 0 ln p 2 K + 0, K ln. kg K. 2) Først må vi nne massestraumen av luft frå energibalansen: 0 = ṁ 1 (h 1 h 2 ) + ṁ 3 (h 3 h 4 ) kg s

EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Laurdag 17. august 2013 Tid:

Løsningsforslag: Kontinuasjonseksamen TFY4115, august 2008

Kretsprosesser. 2. hovedsetning

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: KJE-1005 Termodynamikk og kinetikk Dato: Torsdag 24. mai 2012 Tid: Kl 09:00 14:00 Sted: Åsgårdveien 9

Faglig kontakt under eksamen: Navn: Truls Gundersen, Energi og Prosessteknikk Tlf.: (direkte) / (mobil) / (sekretær)

r+r TFY4115 Fysikk Eksamenstrening: Løsningsforslag

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

EKSAMENSOPPGAVE. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: JA Hvis JA: ca. kl. 10:00 og kl. 12:30

Den spesifike (molare) smeltevarmen for is er den energi som trengs for å omdanne 1 kg (ett mol) is med temperatur 0 C til vann med temperatur 0 C.

Kollokvium 4 Grunnlaget for Schrödingerligningen

Institutt for fysikk. Eksamen i TFY4106 FYSIKK Torsdag 6. august :00 13:00

EKSAMENSOPPGAVE. Fagnr: FO 443A Dato: Antall oppgaver:

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl torsdag 15. desember 2016 Bokmål

Transkript:

KJ1042 Øving 3: arme, arbeid og termodynamikkens første lov Ove Øyås Sist endret: 17. mai 2011 Repetisjonsspørsmål 1. Hvordan ser Ideell gasslov ut? Ideell gasslov kan skrives P nrt der P er trykket, volumet, n antall mol gass, R den universelle gasskonstanten og T temperaturen. 2. Gjengi van der Waals ligning og forklar parametrene. I ideell gasslov antas det at gassmolekylene er uten volum og at det ikke virker krefter mellom molekylene. Dette gjelder ikke for reelle gasser og korrigeres i an der Waals ligning som kan skrives P + a n2 nb nrt 2 Her er a og b er empirisk bestemte konstanter som korrigerer for henholdsvis trykk og volum. 3. Hva betyr kritisk temperatur og trykk, T c og P c? ed temperaturer lik kritisk temperatur, T c, eller høyere vil det være umulig å få en gass over i væskefase. Tilsvarende vil det ikke være mulig å oppnå faseovergang mellom gass og væske over det kritiske trykket, P c, som tilsvarer damptrykket ved kritisk temperatur. 4. Skriv opp virialutviklingen i P. Z ZP, T P m RT 1 + B P + C P 2 + D P 3 +... der B, C, D... er funksjoner av temperaturen. 1

1 Termodynamikkens første lov a Indre energi, varme og arbeid i Forklar hva den indre energien til et system er og hvordan man kan endre denne. Et systems indre energi, U, er den totale energien systemet inneholder. Dette inkluderer energien som kreves for å danne systemet, men ekskluderer all energi assosiert med bevegelse for systemet som helhet eller interaksjon med omgivelsene. Den indre energien består i hovedsak av kinetisk og potensiell energi for partiklene i systemet. Partiklenes bevegelse translasjon, rotasjon og vibrasjon utgjør den kinetiske energien, mens den potensielle energien består av statisk energi fra systemets atomer og bindingene mellom dem. I termodynamikk er vi som regel mest interessert i endringer i indre energi. Dersom vi ser på vekselvirkningene mellom systemet og omgivelsene, kan disse endringene forstås som varme tilført eller fjernet fra systemet og arbeid utført på eller av systemet. Indre energi kan med andre ord kun endres ved å fjerne eller tilføre varme eller arbeid. ii Gi termodynamikkens første lov for et lukket system og forklar hva denne innebærer. Termodynamikkens første lov sier at energien for et termodynamisk system og dets omgivelser er bevart i enhver prosess. For et lukket system innebærer dette at den indre energien kun kan endres ved å fjerne eller tilføre varme eller arbeid. Dette kan skrives du δq + δw 1 der du, δq og δw er infinitesimale endringer i henholdsvis indre energi, varme og arbeid. iii Forklar betydningen av disse ordene: Isoterm, isokor, isobar, adiabatisk, diabatisk. Begrep Isoterm Isokor Isobar Adiabatisk Diabatisk Betydning Konstant temperatur Konstant volum Konstant trykk Ingen varmeutveksling mellom system og omgivelser isentropisk armeutveksling med omgivelsene iv Hva er forskjellen mellom reversibel og irreversibel? I en reversibel prosess er det balanse mellom kreftene, slik at den kan reverseres uten tap av energi. Prosessen går i uendelig små trinn slik at termodynamisk likevekt hele tiden er innstilt. På grunn av dette vil den ta uendelig lang tid, og fullstendig reversible prosesser derfor ikke mulig å oppnå i virkeligheten. 2

Med en irreversibel prosess menes en prosess som går av seg selv i én retning, altså en spontan prosess. Et system som gjennomgår en irreversibel prosess vil ofte være i stand til å gå tilbake til sin starttilstand, men dette må medføre energitap og entropiøkning for omgivelsene. Alle reelle prosesser er irreversible, men dersom systemet responderer til endringer mye raskere enn disse endringene utføres, kan avviket fra reversibilitet være neglisjerbart. v Hva er varmekapasitet, og hva er forskjellen mellom C og C P? armekapasiteten til et stoff er en målbar fysisk størrelse definert som varmemengden som kreves for å øke stoffets temperatur en gitt mengde, typisk 1 K eller C: C dq 2 armekapasitet er en ekstensiv egenskap, da den avhenger av størrelsen til systemet det ses på, men oppgis ofte per masseenhet eller per mol slik at den blir en intensiv egenskap. armemengden, q, er ikke en tilstandsfunksjon, og C kan følgelig heller ikke være det. C og C P er varmekapasitet ved henholdsvis konstant volum og konstant trykk. For en prosess som går ved konstant volum er det kun tilført varme som bidrar til økning av systemets indre energi. q U slik at vi får C q T U U For et stoff som gjennomgår en prosess ved konstant trykk er varme tilført systemet lik økningen i entalpi. q P H slik at C P q P H H T 4 P P b Utledninger av viktige sammenhenger i is sammenhengen mellom C v og C p for ideell gass. Entalpien til en ideell gass kan uttrykkes som Deriverer mhp. temperaturen og får 3 H U + P U + nrt 5 dh du + dnrt 6 ed å dividere ligning 3 og ligning 4 med n og sette disse inn i ligning 6 finnes følgende sammenheng mellom de molare varmekapasitetene for en ideell gass: C P,m C,m + R 7 3

ii Bruk termodynamikkens første lov til å utlede den adiabatiske tilstandsligningen. I ligning 1 i avsnitt a ble termodynamikkens første lov uttrykt ved differensialer. i ser på en reversibel adiabatisk prosess hvor det mekaniske arbeidet er trykkvolumarbeid, og ligning 1 kan følgelig skrives du δq + δw δq P d 8 Prosessen er adiabatisk og vi har dermed ingen varmeutveksling mellom system og omgivelser. δq 0 og du + P d 0 9 Fra definisjonen på varmekapasitet ved konstant volum i liging 3 har vi du nc,m. Bruker dette samtidig som det settes inn for P fra ideell gasslov: nc,m + nrt D d 0 C,m + R 0 10 T Integrerer ligning 10 fra starttilstanden, til sluttilstanden T 2, 2 : C,m T + R d 0 C,m ln + R ln 0 11 Setter inn for sammenhengen mellom de molare varmekapasitetene for ideell gass fra ligning 7: C,m ln + C P,m C,m ln 0 Definerer videre γ som ln Setter inn for γ i ligning 12: ln + γ 1 ln + CP,m 1 ln C,m γ C P C 0 ln 0 12 C P,m C,m 13 + ln γ 1 γ 1 14 Eliminerer temperaturen ved å sette inn fra idell gasslov: γ 1 γ 1 P2 2 P2 1 1 P 1 2 2 Dette kan skrives om til som er den adiabatiske grunnligningen. 1 2 γ 15 P 1 γ 1 P 2 γ 2 16 4

iii is hvordan man kommer fra den adiabatiske tilstandsligningen til følgende ligning: γ 1 1 T 2 γ 1 2. Tar utgangspunkt i den adiabatiske grunnligningen ligning 16 og setter inn for P 1 og P 2 fra ideell gasslov: Dette gir videre som var det vi skulle vise. nr γ 1 nrt 2 2 γ 2 17 γ 1 T 2 2 γ 2 γ 1 1 T 2 γ 1 2 18 iv Fyll ut tabellen med antagelse om ideell gass for reversible prosesser. Her skal du bare sette inn symboler og forenkle så langt du kommer. Det eneste arbeid som tilføres gassen er trykk-volum arbeid. Prosess Parametre arme dq Arbeid dw Indre energi du Isoterm dw dq 0 Isokor C 0 C Isobar C P P d C Adiabatisk 0 C P d C P d 5