EKSAMENSOPPGAVE. Fys-2001 Statistisk fysikk og termodynamikk. Vil det bli gått oppklaringsrunde i eksamenslokalet? Svar: NEI Hvis JA: ca. kl.

Like dokumenter
EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Fys-2001 Statistisk fysikk og termodynamikk Dato: Onsdag 02. desember 2015 Tid: Kl 09:00 13:00 Sted: Åsgårdvegen 9

EKSAMENSOPPGAVE. Fys-2001 Statistisk fysikk og termodynamikk. 14 med forbehold om riktig telling

EKSAMENSOPPGAVE. FYS-2001 Statistisk fysikk og termodynamikk Dato:

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-2001

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMEN I FAG SIF 4014 FYSIKK 3 Onsdag 2. desember 1998 kl

TEP 4120 Termodynamikk 1. Oppsummering Kap. 5. Oppsummering Kap. 5

EKSAMENSOPPGAVE. Fys-1002 Elektromagnetisme. Adm.bygget B154 Kalkulator med tomt dataminne, Rottmann: Matematisk formelsamling

EKSAMEN I TMA4130 MATEMATIKK 4N Bokmål Fredag 17. desember 2004 kl. 9 13

TFY4106 FORMLER

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

TFY4106 Eksamen 9 aug Løsningsforslag

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Eksamen i TMA4135 Matematikk 4D

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

Eksamen i TMA4135 Matematikk 4D

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl torsdag 15. desember 2016 Bokmål

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Institutt for fysikk

1 d 3 p. dpp 2 e β Z = Z N 1 = U = N 6 1 kt = 3NkT.

Løsningsforslag til øving 10

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi Program for elektro- og datateknikk 7004 TRONDHEIM

KONTINUASJONSEKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Onsdag 17. august 2005 kl

Oppgave 1 V 1 V 4 V 2 V 3

@x

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Stivt legeme, reeksjonssymmetri mhp rotasjonsaksen: L = L b + L s = R CM M V + I 0!

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME I Mandag 5. desember 2005 kl

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl august 2018 Nynorsk

EKSAMEN I FY1005 og TFY4165 TERMISK FYSIKK: LØSNINGSFORSLAG

Fysikkk. Støvneng Tlf.: 45. Andreas Eksamensdato: Rottmann, boksen 1 12) Dato. Sign

KJ1042 Øving 5: Entalpi og entropi

EKSAMENSOPPGAVE. Adm. bygget B154. Enkel lommeregner. Rute. Dr. Maarten Beerepoot

EKSAMENSOPPGAVE. 7 (6 sider med oppgaver + 1 side med formler)

Eksamen TFY4165 Termisk fysikk kl mandag 7. august 2017 Bokmål

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, Aud.max. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

Eksamensoppgave i TFY4190 Instrumentering

Eksamen i fag RELATIVISTISK KVANTEMEKANIKK Fredag 26. mai 2000 Tid: 09:00 14:00

Oppgaver til Dynamiske systemer 1

TFY4115 Fysikk Eksamen 6. desember 2018 { 6 sider

EKSAMEN I FAG SIF4062 FASTSTOFFYSIKK VK Fakultet for fysikk, informatikk og matematikk Tirsdag 8. mai 2001 Tid: Sensur faller 29.

EKSAMENSOPPGAVE. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY FYSIKK. 10. august 2012 Tid:

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

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR FYSIKK Faglig kontakt under eksamen: Ola Hunderi, tlf (mobil: )

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

EKSAMEN TFY4155 ELEKTROMAGNETISME FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME Tirsdag 31. mai 2005 kl

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Sammendrag, forelesning onsdag 17/ Likevektsbetingelser og massevirkningsloven

UNIVERSITETET I OSLO

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

Løysingsframlegg kontinuasjonseksamen TFY 4104 Fysikk august 2011

FYS2140 Kvantefysikk, Løsningsforslag for Oblig 1

Eksamen FY1005/TFY4165 Termisk fysikk kl mandag 12. august 2013

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

Løsning til øving 1 for FY1004, høsten 2007

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

EKSAMENSOPPGAVE I FYS-0100

Fysikkolympiaden Norsk finale 2017

Eksamen i TMA4122 Matematikk 4M

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

Eksamen i TMA4130 Matematikk 4N

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Eksamen i TMA4135 Matematikk 4D

TALM 1004 Matematikk 2-Eksamen mandag 4.mai 2015 LØSNING. 5 klokketimer TALM1004-A. Matematikk 2. Kåre Bjørvik. Kalkulator: Type C

Stivt legeme, reeksjonssymmetri mhp rotasjonsaksen: L = L b + L s = R CM M V + I 0!

UNIVERSITETET I OSLO

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

UNIVERSITETET I OSLO

De viktigste formlene i KJ1042

Eksamen i FYS Oppgavesettet, inklusiv ark med formler, er på 8 sider, inkludert forside. FAKULTET FOR NATURVITENSKAP OG TEKNOLOGI

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi. Torsdag Kalkulator: Type C Alt skriftlig materiale

EKSAMENSOPPGAVE. Alle skrevne og trykte. Godkjent kalkulator.

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

EKSAMEN FY1003 ELEKTRISITET OG MAGNETISME TFY4155 ELEKTROMAGNETISME Tirsdag 27. mai 2008 kl

SLUTTPRØVE. Løsningsforslag. Antall oppgaver: 4 KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

TFY4165/FY august 2014 Side 1 av 11

Eksamen TFY 4210 Kvanteteorien for mangepartikkelsystem, våren 2012

UNIVERSITETET I OSLO

KONTINUASJONSEKSAMEN I EMNE TFY FYSIKK. Fredag 13. august 2010 Tid:

EKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

EKSAMENSOPPGAVE. Adm.bygget, rom B154 2 ark med egne notater (4 sider) Godkjent kalkulator Rottman. Matematisk formelsamling

EKSAMENSOPPGAVE. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (Bok/utskrift fra bok)

EKSAMENSOPPGAVE. ü Kalkulator med tomt dataminne ü Rottmann: Matematisk Formelsamling. rute

FAG: FYS105 Fysikk LÆRER: Per Henrik Hogstad KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

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

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

EKSAMENSOPPGAVE. MNF-6002 Videreutdanning i naturfag for lærere, Naturfag trinn 2. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (utskrift)

DET TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE FAKULTET

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

Eksamensoppgave i TFY4115 FYSIKK

SLUTTPRØVE KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

KONTIUNASJONSEKSAMEN I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

OBLIGATORISK MIDTSEMESTERØVING I EMNE TFE 4120 ELEKTROMAGNETISME

Eksamen FY1005/TFY4165 Termisk fysikk kl mandag 2. juni 2014

Transkript:

Fakultet for naturvitenkap og teknologi EKSAMESOPPGAE Ekamen i: Dato: 6.0.8 Klokkelett: 09.00-3.00 Fy-00 Statitik fyikk og termodynamikk Sted: Adm.bygget B.54 Tillatte hjelpemidler: Type innføringark (rute/linje): Antall ider inkl. foride: Kontaktperon under ekamen: Telefon/mobil: - Tabeller og formler i fyikk for FY og 3FY - K. Rottmann: Matematik Formelamling, - O. Øgrim: Størreler, enheter og ymboler i fyikken, - S. Barnett and T.M. Cronin: Mathematical Formulae, - C. ordling and J. Öterman: Phyic Handbook for Science and Engineering, - Formelark vedlagt ekamenoppgave - Enkel håndholdt kalkulator uten tilgang til ekternt nettverk. /A Åhild Fredriken 7764533 il det bli gått oppklaringrunde i ekamenlokalet? Svar: EI Hvi JA: ca. kl. B! Det er ikke tillatt å levere inn kladdepapir om del av ekamenbevarelen. Hvi det likevel levere inn, vil kladdepapiret bli holdt tilbake og ikke bli endt til enur. Potbok 6050 Langne, -9037 Tromø / 77 64 40 00 / potmottak@uit.no / uit.no

Oppgave. Figur. Syklik proe. i betrakter en yklik proe for én-atomær ideell ga. Proeen er vit i figur. Den betår av fire delproeer, der to av dem er adiabatike, en er iobar og en er iokor. Følgende ymboler er brukt for bekrive gatiltandene: pi, i, og Ti, der i =,, 3, 4. a) Oppgi hvilke av proeene om er iobar og iokor. Hva er entropiforandringen i gaen i proeene 3 4? b) Beregn entropiforandringene S3 og S4 for proeene 3 og 4. Bruk dette reultatet ammen med reultatet fra a) for å vie at TT = (.) γ TT γ, 3 4 der γ = 5/3 = Cp / Cv. c) Utled adiabatligningen d) Beregn varmen Q3 og Q4. T = T (.) γ γ e) i at virkninggraden for en varmekraftmakin om følger den yklike proeen ovenfor og har en ideell ga om arbeidubtan, er gitt ved: T e = γ T 4 ( T T ) 3 (.3) Page of

Oppgave. Et ytem er i termik kontakt med et reervoar med temperatur T, og antall partikler i ytemet er kontant. Sannynligheten for å finne ytemet i en tiltand med energi ε, er: P( ε ) = exp( ε / ) (.4) Z a) Hva er definijonene av Z? i at den midlere energien til ytemet kan krive om: E ln Z = T (.5) b) Hva er den midlere energien av et to-tiltandytem med energi 0 og ε, og hva er den midlere energien hvi de to tiltandene har energi ε og + ε? x x e e ( Hint: = tanh x x x e + e ) armekapaiteten til et ytem med kontant volum er gitt om: S C = T v T (.6) hvor S er entropien. c) Bruk denne ligningen ammen med den termodynamike identiteten: til å finne C for de to ytemene i b). TdS = du + pd (.7) Helmholz frie energi er definert om: d) i at entropien ved kontant kan krive om: F U TS (.8) F S = T (.9) og at Helmholtz frie energi kan krive om: F = ln Z (.0) Page 3 of

Oppgave 3. i vil nå tudere tråling fra et vart legeme i et ytem om inneholder en tor, vart, plan overflate med kontant temperatur Th (om i denne kontekten kan e på om et reervoar). En tynn vart, plan plate er plaert en liten avtand fra og parallelt med den førte overflata (e figur ). i antar at hele ytemet er plaert i vakuum. Tc Th Figur. Overflate og parallelt plan i termik likevekt. Merk: Figuren er kun en illutrajon og ymbolene antyder ikke faktike tørreler. a) Skriv opp likevekten for energifluken (uttrålt energi pr. areal og tid) inn og ut av den tynne platen når den er i termik likevekt med den varme overflata, og betem temperaturen Tc for den tynne plata. Finn energifluken ut av det kombinerte ytemet (utover fra den tynne plata). b) i tuderer et lignende ytem, med to tynne varte plater plaert parallelt med og nær den varme varte overflata med temperatur Th. Tegn en kie (tilvarende den i figur ) av ytemet. Betem likevekt-temperaturene Tc for den ytterte og Tm for den midterte plata, uttrykt ved reervoartemperaturen Th. Finn ogå energifluken ut av det kombinerte ytemet i denne konfigurajonen. c) For en foton-ga i termik likevekt inne i en vart bok med temperatur T kan energitettheten og entropitettheten uttrykke ved henholdvi: U 5 4 4 5 4 3 8 3 ; S (.) 3 3 3 3 5hc 45hc Sammenlign verdiene U og S, blant annet ved å e på forholdet mellom dem. Betem entropifluken (entropi pr. areal og tid) ut av ytemene i a) og b), og ammenlign med tilvarende energifluk. Kommenter reultatet. Page 4 of

yttige formler for Fy-00 Ideell ga: P = ; P = nrt () U f (3) thermal Endring i indre energi: U QW (4) W = -P (5) f W P( ) d (6) i For adiabatik proe: f / T kontant (7) P kontant, der = f f (8) armekapaitet: Q C T c C m (9) - ved kontant volum C U T (0) U - ved kontant trykk C P P T T P P () -for ideell ga C C k () P Antall måter å velge n ut fra totalt objekter:! (, ) n n! n! n (3) Multipliitet for Eintein-krytall med ocillatorer og q energienheter:! (, ) q q q q q!! (4) Page 5 of

For et ytem med to tiltander, f.ek. and i paramagnet:! ( )!! (5) Multipliitet for ideell ga: h 3 / 3 mu 3! 3 /! (6) dv (,, ) ( ) 3 / U f U (7) Total multipliitet for to ytemer : Ωtot = ΩA ΩB (8) Stirling tilnærmele:! e eller ln! ln (9) Entropi: Entropi for ideell ga: S k ln (30) 3/ 4 5 ln mu S k 3 h (3) Q C dt Entropi-endring ved kontant volum: ds T T (3) Blandingentropi for to ulike gaer: S S S k ln (33) total A B ed termik likevekt mellom to ytemer: S A U A S U B B (34) Termodynamik identitet: du TdS Pd i d i (35) i Definijon av temperatur: Definijon av trykk: S T U, S P T U, (36) (37) Page 6 of

Definijon av kjemik potenial: irkninggrad varmemotor: S T U, (38) nytte W e = kot Q h Tc e (39) T h Coefficient of performance for kjølekap: COP nytte Q c kot W (40) T COP (4) T T c h c Entalpi: H U + P (4) Helmholz frie energi: F U TS (43) Gibb frie energi: G U TS+ P (44) T kontant: F UTS QWTS, F W, (45) GUTSP QWTSP, GWother, W P W other (46) GHT S (47) Termodynamike identiteter: dh TdS dp d (48) df SdT Pd d (49) dg SdT dp d (50) For flere partikkellag i: dg SdT dp idi (5) i Page 7 of

Gibb frie energi for flere partikkellag: G i i (5) i dp L Clauiu-Clapeyron-relajonen:, g l; L latent varme. dt T (53) an der Waal ligning: a P b (54) Boltzmann factor (BF) = e E( )/, E () energi for mikrotiltanden. E( )/ Sannynlighet for å finne en partikkel i tiltand : P () e (55) Z Partijonfunkjonen: E( )/ Z e (56) Midlere energi, én partikkel: E( ) Z E Ee ( ) ln Z, Z Z (57) Generell variabel: X X( ) X() e (58) Z Midlere energi, partikler: U E (59) Rotajonenergi, di-atomært molekyl: E(j)=j(j+)ε, j=0,,, ; ε en kontant inver proporjonal med molekylet treghetmoment. rot j( j) /, antall degenererte tiltander for nivå. (60) Z j e j j j0 Maxwell hatighetfordeling: 3/ m Dv () 4 mv / ve (6) Midlere hatigheter: 3 8 v rm ; v ; vmax m m m (6) Page 8 of

Helmholz frie energi def. ved partijonfunkjonen: F U TS ln Z (63) Partijonfunkjon for ammenatt ytem: Z ZZZ Z (64) Partikler om ikke vekelvirker og kan kjelne fra hverandre: tot 3 Partikler om ikke vekelvirker og ikke kan kjelne fra hverandre: Ztotal Z! (65) Partijonfunkjon for ideell ga: Én partikkel: Z ZtrZint (66) 3D: p p p Etr Z e (67) m m m v x y z Etr / ; tr Q Kvantevolumet: v Q 3 h = lq = π m 3 (68) Z Z n! v Q int (69) ( int ) ln Z = ln + ln Z ln ln v Q + (70) Gibb faktor: e ( E( ) ( ))/ (7) Sannynlighet for betemt mikrotiltand () e ( E( ) ( ))/ (7) Den tore partijonfunkjonen, Gibb um: E( ) ( ) / e (73) Gibb um for to partikler: ( ) ( ) ( ) E AA BB / e (74) Page 9 of

Fotoner momentum: p = h/ λ (75) Midlere fyllinggrader: Fermi-Dirac-fordelingen n FD = ( )/ e ε µ + (76) Boe-Eintein-fordelingen = n BE ( )/ e ε µ (77) Boltzmann fylling-fordeling ( )/ Bm (78) n e Fermi-energi og kjemik potenial: µ (T=0) = εf (79) Fermi-energi, 3D: F h 3 8m /3 (80) Midlere energi for elektroner i degenerert Fermi-ga: Ū = 3/5 ε F (8) Trykk i degenerert Fermi-ga: U P (8) D 3 Tiltandtettheter (antall enkelt-partikkeltiltander pr. energienhet): m 3/ 8 3 g() 3 3/ (83) h F Planck fordeling: n Pl h f / e (84) Planck pektrum: 8 u() 3 hc e 3 / (85) Planck trålinglov: 4 Effekt pr. arealenhet = T (86) Page 0 of

5 4 k 8 W Stefan-Boltzmann kontant: 5. 67 0 3 4 (87) 5hc mk Integraler: x e dx (88) 0 nxmax ny max nzmax nmax π/ π/ dnxdnydnz = n dn in θdθ dϕ, nmax = nxmax + nymax + nzmax 0 0 0 0 0 0 (78) Rekkeutviklinger: x e + x, når x<< (89) xx x, x (90) x 3 Divere tilnærminger: ln( + x) x, x<< (9) Kontanter: me = 9.0938356e -3 kg e =.60766 0-9 Coulomb R = 8.3 J/(mol K) A = 6.0 0 3 k = R/A =,380 6505 0 3 J/K Page of