Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Like dokumenter
HJEMMEEKSAMEN FYS2160 HØSTEN Kortfattet løsning. Oppgave 1

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

FYS2140 Kvantefysikk, Oblig 10. Sindre Rannem Bilden,Gruppe 4

BOKMÅL EKSAMEN I FAG SIF4065 ATOM- OG MOLEKYLFYSIKK Fakultet for fysikk, matematikk og informatikk Fredag 1. desember 2000 Tid:

Løsningsforslag til eksamen

EKSAMENSOPPGAVE. KalKUlator som ikke kan kommunisere med andre. Tabeller O.R; formelsa~~er -

EKSAMEN Løsningsforslag

Løsningsforslag til eksamen i MAT 1100, 8/12-04 Del 1

16 x = 2 er globalt minimumspunkt og x = 4 er lokalt maksimumspunkt.

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN AUGUST 2006

Grafer og trær. MAT1030 Diskret matematikk. Eksempel. Eksempel. Forelesning 28: Grafer og trær, eksempler

Tillatt utvendig overtrykk/innvendig undertrykk

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4115 TERMODYNAMIKK 1 Mandag 30. mai 2005 Tid: kl. 09:00-13:00

Oppgave 1 (25 %) 100 e = = R = ln R = 0.025, dvs. spotrenten for 1 år er 2,5 % e e. 100 e = 94.74

Oppgaver fra boka: Oppgave 12.1 (utg. 9) Y n 1 x 1n x 2n. og y =

Løsningsforslag Eksamen 8. august 2007 TFY4250 Atom- og molekylfysikk

16 Integrasjon og differensiallikninger

med en mengde korrelasjoner mellom delmengdene. Det er her viktig a fa med

Oppgave 1 (25 %) 100 e = = R = ln R = 0.020, dvs. spotrenten for 1 år er 2,0 % 100 e = e e

Emnenavn: Eksamenstid: Faglærer: Christian F Heide

110 e = = R = ln R = 0.03, dvs. spotrenten for 1 år er 3 % = R = dvs. spotrenten for 2 år er 3.

Flere utfordringer til kapittel 1

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4120 TERMODYNAMIKK 1 Tirsdag 19. desember 2006 Tid: kl. 09:00-13:00

Foroppgave i usikkerhetsanalyse Viskositet i glyserol

Korrosjon. Innledning. Korrosjonens kjemi. HIN Allmenn Maskin RA Side 1 av 10

EKSAMEN Ny og utsatt Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Generelt format på fil ved innsending av eksamensresultater og emner til Eksamensdatabasen

Søknad om Grønt Flagg på Østbyen skole

EKSAMEN løsningsforslag

Besøk fra Nannestad vgs. Absorpsjon av gamma. Jon Petter Omtvedt 8. November 2018

Optimal pengepolitikk hva er det?

FORELESNINGSNOTATER I INFORMASJONSØKONOMI Geir B. Asheim, våren 2001 (oppdatert ). 3. UGUNSTIG UTVALG

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-2001

Christiania Spigerverk AS, Postboks 4397 Nydalen, 0402 Oslo BYGNINGSBESLAG

Klart vi skal debattere om skum!!

Konkurransen starter i august og avsluttes i månedsskiftet mai/juni hvert år.

Mundell-Fleming modellen ved perfekt kapitalmobilitet 1

Løsning til seminar 5

Øvinger uke 42 løsninger

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN TEP 4115 TERMODYNAMISKE SYSTEMER Fredag 18. mai 2007 Tid: kl. 09:00-13:00

ENKELT, TRYGT OG LØNNSOMT!

Generell info vedr. avfallshåndtering ved skipsanløp til Alta Havn

UNIVERSITETET I OSLO

PEDAL. Trykksaker. Nr. 4/2011. Organ for NORSK T-FORD KLUBB NORSK T-FORD KLUBB BOKS 91 LILLEAKER, N-0216 OSLO

Dans i Midsund. Danseprosjektet i. Midsund kommune. Våren Dans i skolene Dans i klubbene Dans i fritida Dans i hverdagen

Kap. 2 DIMENSJONERINGSPRINSIPPER. Kap. 2 DIMENSJONERINGSPRINSIPPER INNHOLD

UTPLUKK/UTSKRIFT AV SELVAVLESNINGSKORT

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

EKSAMEN Løsningsforslag

Examination paper for TEP4125 Thermodynamics 2

Vedlegg 3 Rapportskjema

Oppgave 1 (15%) KANDIDAT NR.:

Håndlaget kvalitet fra Toten. For hus og hytte

ARSPLAN. Stavsberg barnehage

Godkjent av: Virksomhetsleder Barnehager Dato: Prosedyren er gjeldende for kommunale barnehager i Lunner kommune ARBEIDSBESKRIVELSE

MA1102 Grunnkurs i analyse II Vår 2014

Retningslinjer for klart og tydelig språk i Statens vegvesen

INNHOLDSFORTEGNELSE 1 INNLEDNINGSKAPITTEL EMPIRISKE OG TEORETISKE VARIABILITETSFUNN TEORIBAKGRUNN DEN TEORETISKE MODELLEN...

GJELDER TIL ipcfoma.no

Lærings strategier/ Lese strategier. Fra biblio tek plan. Annet lære stoff. Yggdras il 7 s 6-20 Filmer om nordlys. Faktabøker

Produktspesifikasjon J100 Kartdata, versjon desember Produktspesifikasjon: J100 Kartdata

TILBAKEBLIKK JORDBÆR SEPTEMBER ICDP: Tema 2: Juster deg til barnet og følg dets initiativ.

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl torsdag 15. desember 2016 Bokmål

3.1 RIGG OG DRIFT AV BYGGEPLASS

Notater. Anne Sofie Abrahamsen. Analyse av revisjon Feilkoder og endringer i utenrikshandelsstatistikken. 2005/10 Notater 2005

ÅRSRAPPORT FOR HOME-START FAMILIEKONTAKTEN TRONDHEIM 2010

Eksamensoppgave i SØK3005 Informasjons- og markedsteori Information and Marked Theory

Dans Dans Dans. Danseprosjektet i. Midsund kommune. Våren Dans i skolene Dans i klubbene Dans i fritida Dans i hverdagen

Effektivitet og fordeling

EKSAMENSOPPGAVE. FYS-2001 Statistisk fysikk og termodynamikk Dato:

hele egg, verken med reduserte fysiske, sensoriske eller mentale evner, eller mangel

JT 366

KRAVFIL TIL KREDINOR [Spesialrapport]

Mer øving til kapittel 1

JT 369

AMW 526

KRAVFIL TIL KREDITORFORENINGEN [Spesialrapport]

Tilkoblingsveiledning

Disse strømforhold og strømretninger kan vi regne ut med metodene nedenfor.

Mer øving til kapittel 1

Høring - regional vannforvaltningsplan med tilhørende tiltaksprogram og tiltakstabell

LSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FAG TORSDAG 14. AUGUST Subjektdomenen bestar av mennesker, fysiske entiteter, ideer, mal, aktrer og aktiviteter

Muntlig eksamensøvelse. På en muntlig eksamen hjelper det ikke å kunne tenke svaret. Det må sies.

UNIVERSITETET I OSLO

UNIVERSITETET I OSLO

Fag SIO 1043 Strømningslære2: Om Vannturbiner og pumper

ISE matavfallskverner

Detaljregulering for Greåkerveien i Sarpsborg kommune, planid Varsel om oppstart av planarbeid.

Langnes barnehage 2a rsavdelinga. Ma nedsbrev & plan for april 2016.

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

Tilkobling. Windows-instruksjoner for en lokalt tilkoblet skriver. Hva er lokal utskrift? Installere programvare ved hjelp av CDen

VT 261

Intern korrespondanse

Denne rapporten er erstattet av en nyere versjon. FFI-rapport 2006/02989

TILBAKEBLIKK JORDBÆR AUGUST 2018

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl mandag 7. august 2017 Bokmål

Oppsummering - Kap. 3 Beregning av Egenskaper

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

VT 265 VT

Transkript:

Univrsittt i Oslo Dt matmatisk-naturvitnskaplig fakultt Eksamn i: FYS60 Trmodynamikk og statistisk fysikk Dato: Tirsdag 9 dsmbr 003 Tid for ksamn: 0900-00 Oppgavsttt: 3 sidr Tillatt hjlpmidlr: Elktronisk kalkulator, godkjnt for vidrgånd skol To A4-ark md gn notatr (kan bskrivs på bgg sidr) Rottmann: Matmatisk formlsamling Øgrim og Lian: Fysisk størrlsr og nhtr Kontrollér at oppgavsttt r kompltt før du bgynnr å bsvar spørsmåln Oppgav Systmt vårt r N atomr som r bundt i t krystallgittr i antar at atomn vibrrr uavhngig av hvrandr om likvktsposisjonr i krystalln, og at hvrt atom har n vibrasjonsnrgi gitt vd En = ne, n= 0,,, idr kan hvrt atom vær i n av to intrn tilstandr md nrgir hnholdsvis =0 og = (>0) Systmt r i likvkt md t rsrvoar md tmpratur T a) is at partisjonsfunksjonn for tt atom r gitt vd Z = Z Z = vib int Hva blir partisjonsfunksjonn for hl systmt av N atomr? i skal i rstn av oppgavn anta at <<E, og at tmpraturn r så lav at vibrasjonsbvglsn r frosst ut, dvs Z vib = E b) Finn t uttrykk for antall atomr N som har nrgi =0, og antallt N som har nrgi = Tst rsultatt ditt for grnsn T=0 c) is at midlr nrgi pr partikkl r gitt vd

= Hvordan vil du angi systmts indr nrgi U? d) Bstm systmts varmkapasitt C, og vis at grnsvrdin for lav tmpraturr (/>>) r gitt vd = Nk( ) Kommntr også grnsvrdin for C for T=0 ) Gjør rd for at Hlmholtz fri nrgi for systmt r gitt vd F = Nln Z Bstm systmts ntropi S (anta fortsatt Z vib =) Undrsøk grnsvrdin for S når T 0 i lar også T Hva blir grnsn for S da? Kommntr! Oppgav i skal i dnn oppgavn s på n gass som innholdr N partiklr (molkylr) For gassn gjldr følgnd såkalt TdS-ligning (skal ikk bviss): P TdS CdT T d = + T, () dr C r varmkapasittn vd konstant volum Ligningn ovnfor gjldr gnrlt, også for gassr som ikk r idll armkapasittn vd konstant trykk r dfinrt vd dq CP = dt I dnn oppgavn btrakts C og C P som konstant størrlsr P a) is at for n idll gass gjldr CP = Nk b) Gjør rd for at for n rvrsibl adiabatisk prosss gjldr ds=0 Bruk TdSligningn () ovnfor til å utld adiabatligningn for n idll gasss: γ CP T = konstant, γ = c) For n an dr Waal-gass gjldr tilstandsligningn an ( P+ )( Nb) = N

Gi n kort kommntar til konstantn a og b Bruk igjn TdS-ligningn () til å finn n adiabatligning for an dr Waal-gassn (bruk T og som variabl) Kontrollr rsultatt for a=b=0 d) Finn ut fra TdS-ligningn () t uttrykk for dn indr nrgin U for n an dr Waal-gass Bruk T og som variabl (og n additiv konstant) Kommntr avhngightn av Kontrollr også dtt rsultatt for a=b=0 Oppgav 3 i har n gass bstånd av N bosonr (N>>) md tmpratur T og kjmisk potnsial µ a) Skriv nd uttrykkt for Bos-Einstin fordlingn n BE Lag n nkl skiss som visr n BE som funksjon av nrgin Hva r btinglsn for at dnn Bos-gassn skal oppfør sg som n klassisk gass? b) i antar at bosonn kan vær i t stt av nrginivår som btgns j, j=,,3, Skriv nd n rlasjon som i prinsippt kan bruks til å bstmm dt kjmisk potnsialt µ d n tilstrkklig lav tmpratur kan vi anta at all bosonn r i dt lavst nivåt is ut fra dtt at vi har µ = for lav tmpraturr N c) d n bstmt tmpratur T g obsrvrr vi at dt r dobblt så mang bosonr i lavst nivå som i nst nivå Brgn µ vd tmpraturn T g, uttrykt vd, og T g Diskutr svart

Univrsittt i Oslo Dt matmatisk-naturvitnskaplig fakultt Eksamn i: FYS60 Trmodynamikk og statistisk fysikk Dato: 5 dsmbr 004 Tid for ksamn: 900-00 Oppgavsttt: 3 sidr Tillatt hjlpmidlr: Elktronisk kalkulator, godkjnt for vidrgånd skol To A4-ark md gn notatr (kan bskrivs på bgg sidr) Rottmann: Matmatisk formlsamling Øgrim og Lian: Fysisk størrlsr og nhtr Kontrollér at oppgavsttt r kompltt før du bgynnr å bsvar spørsmåln Oppgav a) Gjør rd for at n rvrsibl adiabatisk prosss r isntropisk, dvs ntropin r konstant Multiplisittn for n monoatomisk idll gass r gitt vd uttrykkt N 3 N / Ω= f( N ) U Gjør rd for at ntropin for gassn kan skrivs som N 3 N/ S = kln( K T ), dr K r konstant for n gass md konstant antall atomr is adiabatligningn 3/ T = konstant b) Hlmholtz fri nrgi r gnrlt gitt vd F=U-TS is d gnrll rlasjonn F F P= og S = T T for t systm md konstant partikkltall is vidr at vi har S P = T c) Bnytt rsultatt fra a) til å bstmm T S T for n monoatomisk idll gass

Finn t uttrykk for trykkt i gassn d) En monoatomisk idll gass gjnnomgår n vilkårlig prosss fra n start-tilstand md volum i og tmpratur T i, til n slutt-tilstand md volum f og tmpratur T f is at følgnd rlasjon gjldr: T = T 3/ 3/ S/ Nk f f i i dr S r ntropiforandringn undr prosssn, Oppgav Enrgittthtn (nrgi pr volum) for n fotongass r ttr Stfan-Boltzmanns lov gitt vd U π ( ) 4 ( ) 4, h = = a h= 3 3 5h c π a) Gjør rd for at vi for n fotongass har rlasjonn (hint: trmodynamisk idntitt) du ds = vd konstant volum T Bruk dnn rlasjonn til å vis at ntropin for fotongassn r gitt vd 4 3 S = ak( ), når vi antar S = 0 for T = 0 3 b) Brgn Hlmholtz fri nrgi F=U-TS for fotongassn is at trykkt i gassn r gitt vd ( ) 4 P= a 3 c) i lar fotongassn gjnnomgå n rvrsibl isotrm kspansjon fra volumt til volumt vd tmpraturn T h Bstm varmmngdn Q h som da må tilførs Oppgav 3 Et systm av N frmionr har tmpraturn T og kjmisk potnsial µ a) Frmi-Dirac fordlingn r gitt vd n FD ( ) = ( )/ µ + Tgn t diagram som visr dnn fordlingn for to ulik tmpraturr T og T, dr T <T Hva mns md n dgnrrt frmi-gass?

b) i antar at systmt har n tttht av tilstandr g() gitt vd (skal ikk viss) g( ) = b, dr r systmts volum, og b r n konstant Forklar hva vi mnr md frminrgin F, og bstm F uttrykt vd b, og N c) Finn systmts total nrgi U 0 vd T=0, uttrykt vd N og F d) For lav tmpraturr (<< F ) r dn total nrgin U gitt vd (skal ikk viss) π ( ) U = U0 + N 4 F Bstm systmts varmkapasitt C I t mtall som kobbr vil hvrt atom bidra md tt fritt ldningslktron ( F 5) Sammnlign C for N lktronr md varmkapasittn som kvipartisjonstormt gir for n Einstin-solid md N atomr ) Finn ntropin for systmt vd lav tmpraturr (<< F ) FYS60 HJEMMEEKSAMEN HØSTEN 04 Oppgav En varmkraftmaskin oprrr md n monoatomisk idll gass (N atomr) som gjnnomløpr n rvrsibl syklisk prosss Syklusn har fir dlr: a b r n isobar kspansjon, b c adiabatisk kspansjon, c d isobar komprsjon, d a adiabatisk komprsjon a) Tgn syklusn inn i t P-diagram og t PS-diagram b) Gassn har n Gibbs fri nrgi gitt vd (skal ikk viss) 5/ at G =N ln, P dr a r n konstant is at ntropin r gitt vd 5/ 5/ at S = Nk ln P c) Systmt oprrr mllom to konstant trykk P og P (P <P ), og to konstant ntropir S og S (S <S ) Brgn tilført varm Q inn, og avgitt varm Q ut, bgg uttrykt vd P, P, S, og S (hint: dq=tds) d) Bstm maskinns ffktivitt (Svart avhngr bar av P og P )

Oppgav (NB! Dnn oppgavn r ikk rlvant for høstn 005) i skal i dnn oppgavn bnytt massvirkningslovn på formn (NB! Avvikr litt fra lærboka) νi P i GTP (, 0 )/ RT Π i = = P0 KT ( ) a) Forklar størrlsn som inngår Hvilk variabl forutstts holdt konstant? Hvilk andr forutstningr gjldr? b) i skal anvnd massvirkningslovn på raksjonn H + Cl HCl d T=98K og P 0 = bar har vi G(H )=G(Cl )=0, G(HCl)=-953kJmol - Brgn likvktskonstantn K(T), og rlasjonn mllom trykkn for d tr gassn som inngår Kommntr rsultatt! c) i vil nå studr nærmr hvordan størrlsn K(T) avhngr av tmpraturn is at vi har rlasjonn d HT (, P0 ) ln KT ( ) =, dt RT dr H(T,P 0 ) r forandringn i ntalpi undr raksjonn (Hint: bruk rlasjonn G S=- ( ) PN, ) T d) is til slutt at vi får H 0 ln KT ( ) ln KT ( ) = ( ), R T T når vi antar at H(T,P 0 ) kan stts konstant lik H 0 ) Brgn likvktskonstantn K(T) vd T=500K, når H 0 =-846kJmol - Kommntr rsultatt Oppgav 3 En idll gass som bstår av N idntisk partiklr har partisjonsfunksjonn N Z int Z = N! v Q a) is at dt kjmisk potnsialt r gitt vd (ligning 693 i lærboka)

Z int µ = ln Nv Q i antar nå at vi har to bholdr md konstant volum og Bholdrn md volum r plassrt i n høyd z ovr bholdrn md volum (i sr bort fra utstrkningn av bholdrn sammnlignt md z) D to bholdrn r forbundt md t tynt rør, som har t nglisjrbart volum Bholdrn innholdr n monoatomisk idll gass (N atomr) md tmpraturn T Atomns mass r m b) Bstm Z int og finn dt kjmisk potnsialt for gassn i volumt, og tilsvarnd for gassn i i antar at dt r N atomr i og N i c) is at antall atomr N i vd likvkt r gitt vd: N = N mgz/ Bstm også antall atomr N i volumt Kommntr grnstilflln mgz/>> og mgz/<< d) Finn dn total nrgin U for hl systmt ) Bstm systmts varmkapasitt (Husk: og r konstant) f) is at varmkapasittn har grnsvrdin 3/Nk båd for mgz/>> og mgz/<< Kommntr! Løsning: Eksamn FYS60 høstn 003 Oppgav a) Partisjonsfunksjonn: ne Zvib = = E n= 0 Z int = N = vib int = = E Z Z Z, Z Z (hl systmt) b) Antall atomr i tilstandn og : N N N = NP( ) = = N når T 0 Z int

N N = N = 0 når T 0 c) Midlr nrgi pr partikkl: = P( ) + P( ) = P( ) = Systmts indr nrgi: N U = N = d) Systmts varmkapasitt C : du N k = = dt ( ) ( + ) Grnsvrdin for lav tmpraturr(/>>): Nk( ) 0 når T 0 d T=0 r all atomn i lavst tilstand d n litn tmpraturøkning tilførs dt ikk nok nrgi til å hv atomn til t høyr nivå Drmd kan ikk atomn øk sin indr nrgi, og vi får C =0 ) Hlmholtz fri nrgi for systmt r gitt vd: F = lnz = NlnZ = Nln Z Entropin bstmms av:, N int F S = = NklnZint + N ln Z T T = Nk ln( + ) + Sr at S 0 når T 0, som stmmr md 3 hovdstning idr sr vi at S Nkln for T For høy tmpraturr r bgg nivån og lik sannsynlig, dvs multiplisitt Ω= for hvrt atom, og ntropin for hl systmt blir S=Nkln int Oppgav a) CP = Nk, tori fra lærboka

b) Rvrsibl prosss: dq=tds Adiabat: dq=0, som drmd gir ds=0 TdS-ligningn md ds=0 gir for idll gass: dt d + Nk = 0 T som intgrrt gir T Nk = T γ = konstant c) For an dr Waal-gass får vi P Nk ( ) = T Nb og TdS-ligningn gir for ds=0: dt Nk d = T Nb som intgrrt gir følgnd adiabat-ligning for an dr Waal gass: Nk T ( Nb) = konstant, b= 0 gir ligningn for idll gass d) Dn indr nrgin for n an dr Waal gass bstmms av dn trmodynamisk idntittn du=tds-pd, som sammn md TdS-ligningn gir: N an du = CdT + d Pd = CdT + d Nb når trykkt P finns fra an dr Waal-ligningn Når ligningn ovnfor intgrrs finns: an UT (, ) = CT + konstant Dt ngativ bidragt til nrgin som avhngr av a og, skylds tiltrkningn mllom partikln, som r inkludrt i an dr Waal-ligningn Idll gass: a=0 gir U(T)=C T+konstant Oppgav 3 a) Tori fra lærboka b) Dt kjmisk potnsialt r i prinsippt bstmt av partikkltallt i gassn:

N = ( j )/ µ j Hvis all N bosonn r samlt i dt lavst nivåt vd n tilstrkklig lav tmpratur må vi ha + µ Dtt gir da rsultatt ( µ )/ ( µ )/, llr ( )/ µ = N c) Btinglsn r = ( µ )/ g ( µ )/ g Dt kjmisk potnsialt µ vd tmpraturn T g bstmms av dnn ligningn, og rsultatt blir: / g / g g ln µ = md btinglsn / g / g >, llr < g ln FYS60 Løsning ksamn høstn 004 Oppgav a) Rvrsibl prosss: TdS=dQ, adiabatisk: dq=0, dvs ds=0 N 3 N/ Entropin: S = kln Ω, U = 3/ N, og S = kln( K T ) Konstant S mdførr T = T = 3/ N 3/ ln( ) konstant, og konstant b) F=U-TS gir df=du-tds-sdt, som md dn trmodynamisk idntittn du=tds-pd+µdn md dn=0 gir df=-pd-sdt, og drmd F F P=, S = T T d å drivr S mhp finns så vidr (Maxwll-rlasjon): S F F P = = = T T T T T T

c) S N Nk = ( kln ) =, T P Nk Nk =, og drmd dp = dt, T som har tilstandsligningn for idll gass som n løsning, dvs Nk P= T d) Forandringn i ntropi vd n vilkårlig prosss fra tilstand i til tilstand f r gitt vd: N 3 N / N 3 N/ ( f f ) ( i i ) S = kln K T kln K T Litt omordning av dnn ligningn gir: T = T 3/ 3/ S/ Nk f f i i Oppgav a) Fra dn trmodynamisk idntittn du=tds-pd+µdn har vi md µ=0 for fotonr du=tds vd konstant volum Av dt oppgitt uttrykkt for U/ finnr vi 4 3 du = 4ak TdT Som vidr gir du 4 ds = = 4 ak T dt T Intgrrt gir dnn rlasjonn 4 3 S = ak( ), når vi antar S(0) = 0 3 b) F = U TS = a 4 a = a 3 3 idr finnr vi: F ( ) 4 P= = a T 3 c) Isotrm kspansjon fra til vd tmpraturn T h : 4 4 4 ( ) ( ) ( ) U = a ( )( ), 4 h W = = ( )( ), 4 Pd ah 3 Oppgav 3 4 4 Qh = U + W = a ( h )( ) 3

b) Frminrgin bstmms av rlasjonn (bstmmr gntlig partikkltallt vd T=0, og utnyttr at partikkltallt r uavhngig av tmpraturn): F N = g( ) d = b d, 0 0 3N F = b c) Dn total nrgin vd T=0 bstmms av /3 F 0 F F 3/ 5/ 3 ( ) F F 5 5 0 0 U = g d = b d = b = N d) armkapasittn (for << F ) r gitt vd U π = = Nk T F armkapasittn for n trdimnsjonal Einstin-solid md N atomr r ttr kvipartisjonstormt gitt vd C=3Nk For lktronr (dvs frmionr) i t mtall r vrdin for F omtrnt 5 i har da at F /k r av størrlssordn 60 000K, dvs uttrykkt for C funnt ovnfor r ok for all praktisk mulig tmpraturr π = <<, sidn << F C 6 F Konklusjonn r da at d fri ldningslktronn i t mtall bidrar svært lit til mtallts varmkapasitt ) Entropin for frmigassn bstmms av dn trmodynamisk idntittn du=tds- Pd+µdN, som gir ds=du/t vd konstant volum og partikkltall Entropin kan også bstmms av ds = dq/ T = CdT / T i finnr π k π k ds = NdT, som intgrrt gir S = NT, F F når vi antar S(0)=0 Mrk at S også avhngr av og N gjnnom F, slik at vi har funnt t gnrlt uttrykk for ntropin Oppgav P FYS60 Hjmmksamn h04 Løsningr

P a b P d c S S S b) G S= gir dt oppgitt rsultat T PN, Løst md hnsyn på T (bhøvs i nst punkt): T P = a /5 S/5kN c) arm tilførs vd prosssn a b, vd dt konstant trykkt P S /5 S P S/5kN Qinn TdS ds a S S = = /5 P 5kN = S/5kN S/5kN ( ) a Sr at Q inn >0 (S >S ), dvs varm inn i systmt d prosssn c d går dt varm ut av systmt Q ut finns av Q inn vd å bytt om indksn og d) Effktivittn: W Q Q P = = = /5 inn ut Qinn Qinn P Oppgav a) Forutstningr: Konstant trykk og tmpratur undr raksjonn (prosssn) All stoffr som inngår kan bhandls som idll gassr P i r partialtrykkn for d nklt gassn H + Cl HCl, b) ν =, ν =, ν =, 3 P P H Cl GTP (, 0)/ RT PHCl = = KT ( )

G(T,P 0 )=- 953kJmol - =-906kJmol - RT=48kJmol -, K(T)=4 0-34 Raksjonn går strkt (fullstndig) mot høyr, dvs H og Cl ragrr fullstndig og gir HCl G c) Kan start md å husk rlasjonn S = Dnn gjldr for molkyln T PN, (systmt) før raksjonn (H og Cl ), og også ttr raksjonn (HCl), og vi har for forandringn G i G undr raksjonn og forandringn S i ntropin tilsvarnd d ST (, P0) = GT (, P0) idr har vi (vd konstant tmpratur) dt GT (, P) = HT (, P) T ST (, P) Dtt gir 0 0 0 d d d GT (, P0 ) ln KT ( ) = ( GT (, P0)/ RT) = GT (, P0) dt dt RT dt RT = ( T ST (, P0 ) HT (, P0 + T ST (, P0 )) RT HT (, P0) = RT d) Oppgitt svar fås vd rtt frm intgrasjon av ligningn undr c) md H(T,P 0 )= H 0 ) i sttr T =98K og T =500K Fra b) har vi K(T )=4 0-34 Dirkt innstting i løsningn fra d) gir K(T )=49 0 - Også vd T=500K går raksjonn gansk fullstndig mot høyr, mn likvktskonstantn r ca 0 3 gangr størr nn vd T=98K Oppgav 3 a) Av rlasjonn F=-lnZ og F µ = N T, finns dt oppgitt rsultat mgz/ b) For gassn i r Zint =, mns Z int = for gassn i D kjmisk potnsialn blir da for og : mgz/ µ = ln, µ = ln Nv Q Nv Q c) Btinglsn for likvkt r µ =µ, som sammn md N +N =N gir N = N, N / = N mgz mgz/ + + For mgz/>> r N tilnærmt lik null, mns for mgz/<< finnr vi N /N = /

d) Dn total nrgin r gitt vd 3 3 U = N + N + Nmgz 3 mgz = N + N mgz/ ) armkapasittn vd konstant volum ( og r konstant): C U 3 N ( mgz) k = = + mgz/ Nk T /, ( ) mgz ( + ) Grnsr: mgz<< : C 3/Nk Høydforskjlln for og r uvsntlig, tilført varm går md til å varm opp hl gassn mgz>>: C 3/Nk N r tilnærmt lik null, tilført varm går md til å varm opp gassn i (N tilnærmt lik N) For midlr tmpraturr r C >3/Nk Tilført varm går md til å varm opp hl gassn, samt å løft non atomr opp fra til