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

Like dokumenter
Løsningsforslag til øving 10

V1 = input( Gjett p V1: ) %%Riktig verdi er omtrent V1= ; %%f.eks gir 4*E-4 i feil for T=123K. %%Bestemmer tilsvarende P1: P1 =

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

Løsningsforslag til øving 1

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

Løsningsforslag til øving 10

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

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

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

Øving 4. a) Verifiser at en transversal bølge som forplanter seg langs x-aksen med utsving D med komponentene

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

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

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

Hyperbar avfuktning, termodynamisk regneeksempel

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

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

Eksamen FY1005/TFY4165 Termisk fysikk kl torsdag 6. juni 2013

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

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

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

P (v) = 4π( M W 2πRT ) 3 2 v 2 e Mv 2 2RT

Kap Termisk fysikk (varmelære, termodynamikk)

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

Midtsemesterprøve fredag 10. mars kl

SAMMENDRAG AV FORELESNING I TERMODYNAMIKK ONSDAG

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl august 2018 Nynorsk

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

FAG: Fysikk FYS118 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Kjetil Hals (linjedel)

MA2501 Numeriske metoder

FAG: Fysikk FYS121 LÆRER: Fysikk : Per Henrik Hogstad (fellesdel) Kjetil Hals (linjedel)

HØGSKOLEN I STAVANGER

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY 4102 FYSIKK

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

Øving 13. Et diffraksjonsgitter med N meget smale spalter og spalteavstand d resulterer i en intensitetsfordeling. I = I 0, φ = πdsin(θ)/λ

Løsningsforslag til ukeoppgave 6

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

Kollokvium 4 Grunnlaget for Schrödingerligningen

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

Øving 3. Oppgave 1 (oppvarming med noen enkle oppgaver fra tidligere midtsemesterprøver)

TFY4102 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 12.

Løsningsforslag til øving 5

41070 STABILITET I ELKRAFTSYSTEMER

Matlab-tips til Oppgave 2

Fuktig luft. Faseovergang under trippelpunktet < > 1/71

UNIVERSITETET I OSLO

Termisk fysikk består av:

Oppgave 1 V 1 V 4 V 2 V 3

Løsningsforslag til øving 4

Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske

Løsningsforslag til øving 3

Fasit eksamen Fys1000 vår 2009

FYS1120 Elektromagnetisme - Ukesoppgavesett 2

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

TFY4106 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Løsningsforslag til øving 4. m 1 gl = 1 2 m 1v 2 1. = v 1 = 2gL

Løsningsforslag til øving 4

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Hausten 2009

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

UNIVERSITETET I OSLO

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

Øving 2. a) I forelesningene har vi sett at det mekaniske svingesystemet i figur A ovenfor, med F(t) = F 0 cosωt, oppfyller bevegelsesligningen

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske Aceton

Elektrisk potensial/potensiell energi

Onsdag og fredag

Mandag qq 4πε 0 r 2 ˆr F = Elektrisk felt fra punktladning q (følger av definisjonen kraft pr ladningsenhet ): F dl

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

Differensjalligninger av førsteorden

EKSAMEN I FAG SIF 4002 FYSIKK Mandag 7. mai 2001 Tid: Sensur: Uke 22

Eksamen i TFY4170 Fysikk 2 Mandag 12. desember :00 18:00

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Kontinuasjonseksamen august 2010

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til øving 4

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

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

Løsningsforslag til Øving 3 Høst 2010

Side 1 av 3/nyn. Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg, tel. (735) EKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 8. august 2009 Tid:

TFY4104 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten Obligatorisk numerikkøving. Innleveringsfrist: Søndag 13. november kl

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, øving 6 1 ØVING 6. Fermi-impulser og -energier

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-2001

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Mandag 4. desember 2006 kl

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

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

TFY4115 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 { 6 sider

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

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

TMA4245 Statistikk Høst 2016

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 7 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

EKSAMEN I TMA4180 OPTIMERINGSTEORI

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

Tirsdag r r

OPPGAVESETT MAT111-H17 UKE 46. Oppgaver til seminaret 17/11

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

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

2) Finn entropiproduksjonsraten i blandeprosessen i oppgåve 1. (-rate= per tidseining)

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

Enkel introduksjon til kvantemekanikken

Løsningsforslag til øving 12

Onsdag og fredag

Løsningsforslag til eksamen i MAT111 - Grunnkurs i Matematikk I

Transkript:

Institutt for fysikk, NTNU TFY4165 og FY1005 Termisk fysikk, våren 011. Regneøving 9. (Veiledning: Fredag 18. mars kl. 1.15-14.00 og mandag 1. mars kl. 17.15-19.00.) Oppgave 1 Damptrykket for vann ved 0 C er 4,58 mm Hg. Anta at vanndampen er ideell gass med volum som er mye større enn volumet til samme mengde vann. Anta videre at fordampingsvarmen (ved 100 C) L = 40, 7 kj/mol kan benyttes for alle temperaturer. Beregn ut fra dette kokepunktet til vann ved 1 atm (760 mm Hg). Oppgave Ved temperaturene T 1 = 0 C og T = 0 C er damptrykket for CCl 4 (karbontetraklorid) henholdsvis 440 Pa og 1139 Pa. Bestem fordampingsvarmen, og estimer damptrykket ved T = 30 C. Oppgave 3 a) Metaller som gløder, sender ut elektroner (termisk emisjon). Dette kan betraktes som en fordampingsprosess der elektronene i den ene fasen er bundet til metallet mens i den andre fasen er elektronene en ideell gass i vakuum. For å komme ut i vakuum må hvert elektron først overvinne en energibarriere eller tilføres en energi φ (bindingsenergi) og i tillegg tilføres nødvendig kinetisk energi pluss energi for å gi plass ved konstant trykk (arbeid mot ytre trykk). Den kinetiske energien er i middel 3 kt pr. partikkel mens arbeidet mot det ytre trykket er kt. (Dette er i samsvar med at for en énatomig ideell gass er C V = 3 NkT og pv = NkT.) På grunn av kvantemekaniske effekter (degenerert fermiongass ved lav T ) kan den spesifikke varmen til elektronene i metallet neglisjeres (dvs. settes lik null). Hvilken energi (entalpi eller fordampingsvarme) pr. partikkel l må tilføres elektronet for at det skal bevege seg ut i vakuum der det opptrer som en énatomig ideell gass? b) Anta at netto elektrisk ladning fra elektronene kan neglisjeres eller at den er nøytralisert av ladninger med motsatt fortegn. Bestem med denne forutsetningen sammenhengen mellom trykk p (damptrykk) og temperatur T for elektronene i vakuum utenfor metallet. (Svar: p = konst T 5/ exp ( φ/(kt )). 1

Oppgave 4 La C p og C V være spesifikk varme ved henholdsvis konstant trykk og konstant volum. Vis at differansen C p C V for et mol av en van der Waals gass med tilstandslikning er gitt ved p = C p C V = RT V b a V 1 R. a(v b) RT V 3 [Hint: Benytt resultatet for C p C V utledet i forelesningene. Relasjonen mellom deriverte ved syklisk ombytte av variable kan også benyttes.] Hva blir C p C V på kritisk punkt? Oppgave 5 For temperaturer T under kritisk temperatur T c gir van der Waals tilstandsligning, p(v ) = RT V b a V, koeksistens mellom væske og gass for en bestemt verdi av trykket, p co, det såkalte koeksistenstrykket. Vi går ikke inn på begrunnelsen her, men det kan vises at p co fastlegges ved hjelp av Maxwells regel om like arealer, dvs like stort gult (lyst) som blått (mørkt) areal i figuren under, alternativt den ekvivalente betingelsen p co (V g ) = der og V g er hhv molart væske- og gassvolum. p Vg p(v ) dv, p co V g V

Bruk verdiene a = 1.368 bar (m 3 /kmol) og b = 0.0367 (m 3 /kmol) for luft (jf øving 1), samt gasskonstanten R = 8.314 J/mol K. Kritisk temperatur for luft er med disse parametrene og van der Waals tilstandsligning omtrent 133 K. Oppgave: Bruk Maxwells regel om like arealer til å fastlegge koeksistenstrykket p co, med en nøyaktighet på 1 mbar, ved en gitt temperatur T = 13 K. Du kan ta utgangspunkt i Matlab-programmet i øving 1, der van der Waals isotermen for (blant annet) denne temperaturen ble plottet i andre del av oppgave 4. En enkel algoritme for å løse dette problemet numerisk kan se omtrent slik ut: Basert på isotermen p(v ), gjett en verdi for væskevolumet. Bestem tilhørende trykkverdi p( ). Bestem tilsvarende gassvolum V g, dvs slik at p(v g ) = p( ) Bestem Vg p(v ) dv numerisk og sammenlign med arealet p( ) (V g ). Gjett en ny verdi for og gjenta prosedyren inntil p co er bestemt med den ønskede nøyaktighet. En innledende del til programmet er tatt med nedenfor, inkludert noen tips for den videre programmeringen: FY1005/TFY4165, Oving 9, Oppgave 5, innledende del (hentet fra oving 1). Velg utskrift av tallverdier med flere gjeldende siffer enn det som er standard format long; Temperatur i Kelvin T=13; V = molart volum (L/mol) Vmin=0.05; Vmax=0.50; NV=500; V = vektor med verdier mellom Vmin og Vmax, i alt NV verdier V=linspace(Vmin,Vmax,NV); Verdier for a og b for luft: 1.368 0.0367 Enheter: [a] = bar*(l/mol)^ og [b] = L/mol R=8.134; a=1.368; b=0.0367; 3

van der Waals tilstandsligning p = (R*T./(V-b))/100 - a./(v.*v); Plott av isotermen fig = plot(v,p); axis([0 Vmax 0 70]); Tekst paa figuren title( Isoterm: van der Waals gass, fontsize,18); xlabel( Molart volum (L/mol), fontsize,18); ylabel( Trykk (bar), fontsize,18); Tegn alle kurver i en og samme figur, saa vi kan sammenlikne. hold on; HERFRA maa du selv skrive matlab-koden, men du faar noen tips: Elementer som maa eller boer inngaa, inklusive eksempler: A Innlesing av gjetning paa vaeskevolumet V1: Eksempel som ber om innlesing av tallverdi for stoerrelsen x1: x1 = input( Les inn tallverdi for x1: ) B Bestem trykkverdi P1 som tilsvarer volumet V1: Eksempel som bestemmer y1 = x1 - x1^3: y1 = x1 - x1^3; C Bestem tilsvarende gassvolum V. Tips: Velg en startverdi V_stor som ut fra kurven p(v) helt sikkert er stoerre enn V, reduser V_stor med en passende skrittlengde dv, og bruk en while (...)... end loekke til aa lokalisere V slik at P = p(v) er (omtrent) lik P1. Eksempel som lokaliserer x slik at y = x - x^3 er (omtrent) lik y1 = x1 - x1^3 med verdien av x1 et sted mellom -1.15 og -0.58 (valgt slik at vi faktisk har en loesning y = y1): x_stor = 1.5; dx = 0.1; skrittlengde y_find = x_stor - x_stor^3; while (y_find < y1) x_stor = x_stor - dx; y_find = x_stor - x_stor^3; end; x = x_stor; y = y_find; 4

D Integrer p(v) numerisk fra V1 til V, og sammenlign med P1*(V-V1), dvs. arealet under den horisontale linjen. Eksempel som integrerer funksjonen y = x - x^3 fra x1 til x med saakalt adaptiv Simpson-kvadratur, og regner ut forskjellen mellom integralet I og arealet y1*(x-x1) under den horisontale linjen: y = @(x) (x - x^3); I = quad(y, x1, x); avvik = I - y1*(x-x1); E Tegn inn linjen mellom (P1,V1) og (P,V). Skriv ut beregnede stoerrelser. Eksempel: plot([x1,x],[y1,y]); disp( x1,x: ) disp(x1) disp(x) disp( y1,y: ) disp(y1) disp(y) disp( Avvik mellom areal under kurve og rektangel: ) disp(avvik) Endre x1, og eventuelt ogsaa x_stor og dx, og kjoer paa nytt, for aa oppnaa et mindre avvik. Til slutt et par kommentarer, samt tips til videre arbeid: Merk at skrittlengden dv setter en begrensning på hvor nøyaktig koeksistenstrykket p co kan bestemmes. Merk at fortegnet på avviket mellom arealet under kurven p(v ) og rektanglet kan brukes til å avgjøre om gjetningen på skal justeres opp eller ned. Den iterative prosessen for lokalisering av, og dermed p co, kan gjøres manuelt eller automatisk. I algoritmen og eksemplet ovenfor er det skissert en manuell løsning, der programmet simpelthen kjøres på nytt og ny verdi for V 1 leses inn fra kommandolinjen. Utfordring: Bestem dp/dt numerisk og sammenlign med Clausius-Clapeyrons ligning. 5