LHSf5-1* Osoita, että van der Waalsin kaasun tilavuuden lämpötilakerroin on 2 γ = ( ) RV V b T 2 RTV 2 a V b. m m ( ) m m. = 1.



Samankaltaiset tiedostot
η = = = 1, S , Fysiikka III (Sf) 2. välikoe

Integroimalla ja käyttämällä lopuksi tilanyhtälöä saadaan T ( ) ( ) H 5,0 10 J + 2,0 10 0,50 1,0 10 0,80 Pa m 70 kj

LH9-1 Eräässä prosessissa kaasu laajenee tilavuudesta V1 = 3,00 m 3 tilavuuteen V2 = 4,00 m3. Sen paine riippuu tilavuudesta yhtälön.

V T p pv T pv T. V p V p p V p p. V p p V p

Käytetään lopuksi ideaalikaasun tilanyhtälöä muutoksille 1-2 ja 3-1. Muutos 1-2 on isokorinen, joten tilanyhtälöstä saadaan ( p2 / p1) = ( T2 / T1)

a) Oletetaan, että happi on ideaalikaasu. Säiliön seinämiin osuvien hiukkasten lukumäärä saadaan molekyylivuon lausekkeesta = kaava (1p) dta n =

ln2, missä ν = 1mol. ja lopuksi kaasun saama lämpömäärä I pääsäännön perusteella.

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

P = kv. (a) Kaasun lämpötila saadaan ideaalikaasun tilanyhtälön avulla, PV = nrt

Kaasu 2-atominen. Rotaatio ja translaatiovapausasteet virittyneet (f=5) c. 5 Ideaalikaasun tilanyhtälöstä saadaan kaasun moolimäärä: 3

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,

Oletetaan kaasu ideaalikaasuksi ja sovelletaan Daltonin lakia. Kumpikin seoksen kaasu toteuttaa erikseen ideaalikaasun tilanyhtälön:

Termodynamiikka. Fysiikka III Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

IX TOINEN PÄÄSÄÄNTÖ JA ENTROPIA...208

X JOULEN JA THOMSONIN ILMIÖ...226

NESTEIDEN ja ja KAASUJEN MEKANIIKKA

Puhtaan kaasun fysikaalista tilaa määrittävät seuraavat 4 ominaisuutta, jotka tilanyhtälö sitoo toisiinsa: Paine p

A-osa. Ratkaise kaikki tämän osan tehtävät. Tehtävät arvostellaan pistein 0-6. Taulukkokirjaa saa käyttää apuna, laskinta ei.

1. Laske ideaalikaasun tilavuuden lämpötilakerroin (1/V)(dV/dT) p ja isoterminen kokoonpuristuvuus (1/V)(dV/dp) T.

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 9: Muuttujanvaihto taso- ja avaruusintegraaleissa

Ensimmäinen pääsääntö

RATKAISUT: 18. Sähkökenttä

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

cos x cos 2x dx a) symbolisesti, b) numeerisesti. Piirrä integroitavan funktion kuvaaja. Mikä itse asiassa on integraalin arvo?

53 ELEKTRONIN SUHTEELLISUUSTEOREETTINEN LIIKE- MÄÄRÄ

MS-C1350 Osittaisdifferentiaaliyhtälöt Harjoitukset 5, syksy Mallivastaukset

f(x, y) = x 2 y 2 f(0, t) = t 2 < 0 < t 2 = f(t, 0) kaikilla t 0.

Matematiikan perusteet taloustieteilij oille I

a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki = 16 3 =

PHYS-A2120 Termodynamiikka Mallitehtävät

Ohjeellinen pituus: 2 3 sivua. Vastaa joko tehtävään 2 tai 3

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta. Laaditaan taulukko monisteen esimerkin 3.1. tapaan ( nj njk Pk

Johdantoa INTEGRAALILASKENTA, MAA9

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

Luvun 10 laskuesimerkit

KAASULÄMPÖMITTARI. 1. Työn tavoitteet. 2. Työn taustaa

Ekvipartitioperiaatteen mukaisesti jokaiseen efektiiviseen vapausasteeseen liittyy (1 / 2)kT energiaa molekyyliä kohden.

Clausiuksen epäyhtälö

Diskreetin matematiikan perusteet Laskuharjoitus 4 / vko 40

Vauhti = nopeuden itseisarvo. Nopeuden itseisarvon keskiarvo N:lle hiukkaselle määritellään yhtälöllä

MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ

KAASUJEN YLEISET TILANYHTÄLÖT ELI IDEAALIKAASUJEN TILANYHTÄLÖT (Kaasulait) [pätevät ns. ideaalikaasuille]

T H V 2. Kuva 1: Stirling kiertoprosessi. Ideaalisen Stirlingin koneen sykli koostuu neljästä osaprosessista (kts. kuva 1):

Harvan kaasun sisäenergia ja lämpökapasiteetit

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

Oikeat vastaukset: Tehtävän tarkkuus on kolme numeroa. Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta

3 x 1 < 2. 2 b) b) x 3 < x 2x. f (x) 0 c) f (x) x + 4 x Etsi käänteisfunktio (määrittely- ja arvojoukkoineen) kun.

BM20A5840 Usean muuttujan funktiot ja sarjat Harjoitus 1, Kevät 2018

2 dy dx 1. x = y2 e x2 2 1 y 2 dy = e x2 xdx. 2 y 1 1. = ex2 2 +C 2 1. y =

1. SÄHKÖKONEIDEN SUUNNITTELUN PERUSTEITA. 1.1 Sähkömagneettiset perusteet

Differentiaalilaskennan tehtäviä

Differentiaali- ja integraalilaskenta

Kahden suoran leikkauspiste ja välinen kulma (suoraparvia)

Ratkaisu: Ensimmäinen suunta. Olkoon f : R n R m jatkuva eli kaikilla ε > 0 on olemassa sellainen δ > 0, että. kun x a < δ. Nyt kaikilla j = 1,...

RATKAISUT a + b 2c = a + b 2 ab = ( a ) 2 2 ab + ( b ) 2 = ( a b ) 2 > 0, koska a b oletuksen perusteella. Väite on todistettu.

FYSA220/K2 (FYS222/K2) Vaimeneva värähtely

Tehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: b) 0 e x + 1

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

T F = T C ( 24,6) F = 12,28 F 12,3 F T K = (273,15 24,6) K = 248,55 K T F = 87,8 F T K = 4,15 K T F = 452,2 F. P = α T α = P T = P 3 T 3

lim Jännitystila Jännitysvektorin määrittely (1)

Mikrotila Makrotila Statistinen paino Ω(n) 3 Ω(3) = 4 2 Ω(2) = 6 4 Ω(4) = 1

0, mol 8,3145 (273,15 37)K mol K. Heliumkaasun paine saadaan kaasujen tilanyhtälöstä pv = nrt. K mol kpa

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

a) on lokaali käänteisfunktio, b) ei ole. Piirrä näiden pisteiden ympäristöön asetetun neliöruudukon kuva. VASTAUS:

Entalpia - kuvaa aineen lämpösisältöä - tarvitaan lämpötasetarkasteluissa (usein tärkeämpi kuin sisäenergia)

Matematiikan tukikurssi

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Funktion derivoituvuus pisteessä

Ch 19-1&2 Lämpö ja sisäenergia

Stokesin lause LUKU 5

w + x + y + z =4, wx + wy + wz + xy + xz + yz =2, wxy + wxz + wyz + xyz = 4, wxyz = 1.

Matematiikan peruskurssi 2

TWISTER-SIILOT JOUSTAVAAN JA LUOTETTAVAAN VILJANVARASTOINTIIN

LUKU 3. Ulkoinen derivaatta. dx i 1. dx i 2. ω i1,i 2,...,i k

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 3: Vektorikentät

1. van der Waalsin tilanyhtälö: 2 V m RT. + b2. ja C = b2. Kun T = 273 K niin B = cm 3 /mol ja C = 1200 cm 6 mol 2

Toimilaitteet AJAC, pneumaattinen

Matematiikan tukikurssi

S205 Lineaarinen hammashihnaservokäyttö (0,9 op)

MATEMATIIKKA 3 VIIKKOTUNTIA. PÄIVÄMÄÄRÄ: 8. kesäkuuta 2009

Matematiikan tukikurssi

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

1 Clausiuksen epäyhtälö

H7 Malliratkaisut - Tehtävä 1

Kertaustehtävien ratkaisut

A B = (1, q, q 2 ) (2, 0, 2) = 2 2q q 2 = 0 q 2 = 1 q = ±1 A(±1) = (1, ±1, 1) A(1) A( 1) = (1, 1, 1) (1, 1, 1) = A( 1) A(1) A( 1) = 1

Luento 13: Periodinen liike

9. Epäoleelliset integraalit; integraalin derivointi parametrin suhteen. (x + y)e x y dxdy. e (ax+by)2 da. xy 2 r 4 da; r = x 2 + y 2. b) A.

Lämpöoppia. Haarto & Karhunen.

(d) f (x,y,z) = x2 y. (d)

= 2 1,2 m/s 55 m 11 m/s. 18 m 72 m v v0

Todista suoraan integraalin määritelmään perustuen tasointegraalin ominaisuus. λ f = λ f,

XXIII Keski-Suomen lukiolaisten matematiikkakilpailu , tehtävien ratkaisut

Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu Matematiikan ja systeemianalyysin laitos

Lujuusopin jatkokurssi IV.1 IV. KUORIEN KALVOTEORIAA

Lien ryhmät D 380 klo Ratkaisut 6+6=12

CASE HELSINGIN KAUPUNGIN "LAB"

1 Eksergia ja termodynaamiset potentiaalit

Transkriptio:

S-445 FSIIKK III (ES) Syksy 004, LH 5 Ratkaisut LHSf5-* Osoita, että van der Waalsin kaasun tilavuuden läötilakerroin on R ( b ) R a b Huoaa, että läötilakerroin on annettu oolisen tilavuuden = / ν avulla Märitelän ukaan tilavuuden läötilakerroin on an der Waalsin tilanyhtälö on Nk N = a Nb ehtävässä annettu läötilakertoien lauseke on esitetty oolisten suureitten avulla Kirjoitetaan sen vuoksi van der Waalsin yhtälö ooliseen uotoon: ν a ν N k N R a = = ν N b b issä = / ν, b = N b, a = N a ätetään seuraavassa ilkut ja alaindeksi ois uistaen kuitenkin, että kysyyksessä ovat ooliset suureet Läötilakertoien ääritelässä oleva tilavuuden osittaisderivaatta voidaan laskea käyttäällä derivoinnin ketjusääntöä, joka voidaan todistaa oikeaksi ille tahansa kolelle tilanuuttujalle tai tilanfunktiolle x,y,z x y z = y z x z x y, Ketjusäännön johtainen on esitetty liitteessä C Sijoittaalla yhtälöön () z = voie kirjoittaa ( ) = R R a = ; = + b ( b ) R b R b R a b Sijoittaalla tää γ:n ääritelään saadaan ( ) = = R a + ( b ) x =, y = ja

( ) ( ) R b = R a b LHSf5-* Kuvan ukaisessa systeeissä allo sulkee ullon tiiviisti Pullon sisältään kaasun adiabaattivakion γ äärittäiseksi allo saatetataan heilahteleaan Kun kitka on ieni, liike on lähes haronista Osoita, että / tällöin F = γ x, issä on kaasun aine ullossa, ullon tilavuus x ieni oikkeaa tasaainoaseasta ja värähtelyutken oikkiinta-ala Oletetaan, että kaasu ei ehdi vaihtaa läöä yäristön kanssa värähtelyjakson aikana Pallon heilahtelun yhteydessä kaasusäiliön tilavuus ja alloon kohdistuva voia uuttuvat Palloon vaikuttaa ainovoia ja ulkoinen aine ja ullon sisäinen aine Edelliset kaksi ovat vakioita ja allon ollessa levossa ullon sisäinen aine kuoaa ne Jos oikkeutae alloa tasaainoaseasta siihen kohdistuu voia joka aiheutuu ullon sisäisen aineen uutoksesta alitaan x-akseli allon liikesuuntaan ja olkoon tasaainoaseassa x = 0 Poikkeaa tasaainoaseasta olkoon x Koska tilavuuden uutos taahtuu adiabaattisesti ( vakio) ätee γ γ γ d( ) = 0 d + γ d = 0 Ratkaisealla tästä aineen uutos γ d = d ilavuuden uutos on d = dx, joten aineen uutoksesta aiheutuva voia voidaan kirjoittaa γ df = d = dx γ oia on siis haroninen ja jousivakio on k = Mittaalla värähtelyn oinaistaajuus γ ω M ja allon assa saadaan adiabaattivakio: ω = k / M = M asaainoaseassa ulkoisen aineen aiheuttaa voia 0 ja ainovoiasta aiheutuva voia Mg ovat yhtä suuret kuin ullon sisäisen aineen aiheuttaa voia ( = 0 + Mg ), joten voie yös sijoittaa ylläolevaan tulokseen = 0 + Mg / ällöin ullon sisäistä ainetta ei tarvitse itata, vaan riittää tuntea ulkoinen aine utken oikkiinta-ala ja allon assa

LHSf5-* Polytrooisessa rosessissa ideaalikaasu, jonka,40, uristetaan tilavuudesta = 0,0 l tilavuuteen = 5,00 l, jolloin sen aine suurenee arvosta =,00 bar arvoon = 5,00 bar Määritä olytrooinen eksonentti τ ja oolinen oinaisläökaasiteetti Cτ ko rosessille,40, = 0,0 l, = 5,00 l, =,00 bar, = 5,00 bar τ τ τ Polytrooiselle rosessille = vakio = c τ R = c +, kun sijoitetaan τ τ log log = τ = log( ) τ =, log 5 c = fr = R ja τ =, saadaan J c τ 4,5 ol K LHSf5-4* Carnot n koneen työaineena on ideaalikaasu, jonka c = R Isoterisessä laajeneisessa kaasun tilavuus kaksinkertaistuu diabaattisessa laajeneisessa loutilavuuden suhde alkutilavuuteen on 5,7 Kone tekee kierroksella työn 0,90 MJ Laske läövarastojen läötilat, joiden välillä kone toiii Kaasua on,0 kol Carnot n kone, ideaalikaasu c = R ; isoterisessä rosessissa on / =, adiabaattisessa rosessissa on / = 5,7, W = 0,90 MJ, ν =,0 kol Hyötysuhteen W yleinen ääritelä läövoiakoneelle on η = oisaalta Carnot n koneelle Q η C = 5 c = R f = + f = + = diabaattisille rosesseille saadaan: = 4 γ = = 5,7 γ γ Kokonaistyö on ln ln W = ν R + = ν R ( ) ln läövarastosta ottaa läö on Q = ν R ln 4 Kaasun yleästä

Q W W 5,7 W 5,7 W = = = ν R ln = η C 5,7 5,7 6 5,7 W 5,7 0,90 0 J = J ν R olk 5,7 ln, 0 0 ol 8, 4 ln 5,7 7, 46 K 0 K 7, 46 K = 7,8 K 7 K 5,7 5,7 LHSf5-5 Erään yksiatoisen kaasun tilavuuden läötilakerroin ja isoterinen kokoonuristuvuus ovat ν R a ja κ = +, issä ν on ooliäärä ja a on vakio Määritä kaasun tilanyhtälö ν R ν R ν R = = = + issä () on vakio, joka voi riiua aineesta a κ = = + = + a d dx Sijoitetaan + a = x = x a = x + a = x d d d dx = x a ln = ln x a + C C ( ) C( ) x a a = = x, () C a a a = x = + a = + issä C() on vakio, joka voi riiua läötilasta ilavuudelle saadaan lauseke C ( ) a = () Koska ratkaisujen () ja () täytyy olla saat, saadaan niitä vertaaalla ratkaisuksi ν R C ( ) a = + ja = () ν R a =,

arkistus voidaan suorittaa laskealla γ ja κ: ν R ν R a ν R a κ = = ( ν R)( + a ) a a a a = ( + a ) = = +, issä sijoitettiin läötila ratkaistuna tilanyhtälöstä ()