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



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

. Veden entropiamuutos lasketaan isobaariselle prosessille yhtälöstä

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

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

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,

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

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

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

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta

X JOULEN JA THOMSONIN ILMIÖ...226

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

Ensimmäinen pääsääntö

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

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

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

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

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.

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

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

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

= 1 kg J kg 1 1 kg 8, J mol 1 K 1 373,15 K kg mol 1 1 kg Pa

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

VII LÄMPÖOPIN ENSIMMÄINEN PÄÄSÄÄNTÖ

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

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

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

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

Ideaalikaasulaki. Ideaalikaasulaki on esimerkki tilanyhtälöstä, systeemi on nyt tietty määrä (kuvitteellista) kaasua

ν = S Fysiikka III (ES) Tentti Ratkaisut

Oikeasta vastauksesta (1p): Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

4) Törmäysten lisäksi rakenneosasilla ei ole mitään muuta keskinäistä tai ympäristöön suuntautuvaa vuorovoikutusta.

Termodynamiikka. Fysiikka III Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki

KIINTEÄN AINEEN JA NESTEEN TILANYHTÄLÖT

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3. Kaasut

Ch 19-1&2 Lämpö ja sisäenergia

Luku 4 SULJETTUJEN SYSTEEMIEN ENERGIA- ANALYYSI

Termodynamiikka. Termodynamiikka on outo teoria. Siihen kuuluvat keskeisinä: Systeemit Tilanmuuttujat Tilanyhtälöt. ...jotka ovat kaikki abstraktioita

Clausiuksen epäyhtälö

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

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

VI TILANYHTÄLÖ

2 Termodynamiikan ensimmäinen pääsääntö (First Law of Thermodynamics)

IX TOINEN PÄÄSÄÄNTÖ JA ENTROPIA...208

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

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.


Molaariset ominaislämpökapasiteetit

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

n = = RT S Tentti

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

Ilman suhteellinen kosteus saadaan, kun ilmassa olevan vesihöyryn osapaine jaetaan samaa lämpötilaa vastaavalla kylläisen vesihöyryn paineella:

MAY1 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Julkaiseminen sallittu vain koulun suljetussa verkossa.

Teddy 1. välikoe kevät 2008

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

13 KALORIMETRI Johdanto Kalorimetrin lämmönvaihto

Luku 20. Kertausta: Termodynamiikan 2. pääsääntö Lämpövoimakoneen hyötysuhde

VIII KIERTOPROSESSIT JA TERMODYNAAMISET KONEET 196

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

Reaktiosarjat

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

0 C lämpötilaan antaa 836 kj. Lopputuloksena on siis vettä lämpötilassa, joka on suurempi kuin 0 0 C.

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

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

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Ekvipartitioteoreema. Entropia MB-jakaumassa. Entropia tilastollisessa mekaniikassa

Ekvipartitioteoreema

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Ylioppilastutkintolautakunta S t u d e n t e x a m e n s n ä m n d e n

6. Yhteenvetoa kurssista

Astrokemia Kevät 2011 Harjoitus 1, Massavaikutuksen laki, Ratkaisut

Sisältö: 1 vk. S Fysiikka III (EST 6 op) S Modernin fysiikan tietokoneharjoitukset (Sf, 2 op )

Tämän päivän ohjelma: ENY-C2001 Termodynamiikka ja lämmönsiirto TERVETULOA!

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.

TERMODYNAMIIKAN KURSSIN FYS 2 KURS- SIKOKEEN RATKAISUT

I PERUSKÄSITTEITÄ JA MÄÄRITELMIÄ

ellipsirata II LAKI eli PINTA-ALALAKI: Planeetan liikkuessa sitä Aurinkoon yhdistävä jana pyyhkii yhtä pitkissä ajoissa yhtä suuret pinta-alat.

2 Pistejoukko koordinaatistossa

TUNTEMATON KAASU. TARINA 1 Lue etukäteen argonin käyttötarkoituksista Jenni Västinsalon kandidaattitutkielmasta sivut Saa lukea myös kokonaan!

Termodynamiikan avulla kuvataan vain tasapainotiloja - muuten tilanfunktioilla ei ole merkitystä.

S FYSIIKKA III (ES) Syksy 2004, LH 10. Ratkaisut

Ympyrän yhtälö

Spontaanissa prosessissa Energian jakautuminen eri vapausasteiden kesken lisääntyy Energia ja materia tulevat epäjärjestyneemmäksi

Z 1 = Np i. 2. Sähkömagneettisen kentän värähdysliikkeen energia on samaa muotoa kuin molekyylin värähdysliikkeen energia, p 2

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

- Termodynamiikka kuvaa energian siirtoa ( dynamiikkaa ) systeemin sisällä tai systeemien kesken (vrt. klassinen dynamiikka: kappaleiden liike)

FY9 Fysiikan kokonaiskuva

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

Luento 4. Termodynamiikka Termodynaamiset prosessit ja 1. pääsääntö Entropia ja 2. pääsääntö Termodynaamiset potentiaalit

LÄMPÖOPPIA: lämpöenergia, lämpömäärä (= lämpö Q) Aineen lämpötila t aineen saaman lämpömäärän Q funktiona; t = t(q)

2.2.1 Ratkaiseminen arvausta sovittamalla

1. Yksiulotteisen harmonisen oskillaattorin energiatilat saadaan lausekkeesta

( ) ( ) on nimeltään molekyylisironnan mikroskooppinen vaikutusala). Sijoittamalla numeroarvot saadaan vapaaksi matkaksi

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt

ẋ(t) = s x (t) + f x y(t) u x x(t) ẏ(t) = s y (t) + f y x(t) u y y(t),

ax + y + 2z = 0 2x + y + az = b 2. Kuvassa alla on esitetty nesteen virtaus eräässä putkistossa.

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Thermodynamics is Two Laws and a Li2le Calculus

Vastaa kaikkiin kysymyksiin. Oheisista kaavoista ja lukuarvoista saattaa olla apua laskutehtäviin vastatessa.

Kahden suoran leikkauspiste ja välinen kulma (suoraparvia)

Transkriptio:

S-45, Fysiikka III (ES välikoe 004, RAKAISU Laske ideaalikaasun tilavuuden lämötilakerroin ( / ( ja isoterminen kokoonuristuvuus ( / ( Ideaalikaasun tilanyhtälö on = ν R Kysytyt suureet ovat: ilavuuden lämötilakerroin ν R ν R ν R γ = = = = = Isoterminen kokoonuristuvuus ν R ν R κ = = = ν R ν R = = = Oikean tilanyhtälön (ideaalikaasun tilanyhtälö käytöstä on saanut yhden isteen Jos derivoinnit on suoritettu oikein, on saanut istettä kummastakin kohdasta, yhden isteen on saanut, jos lasku on ollut osittain oikein Lisäksi isteen on saanut, jos on sieventänyt suureet yllä esitettyyn muotoon (a Määritä van der Waalsin kaasun tekemä työ W, kun se laajenee isotermisesti tilavuudesta tilavuuteen Kaasun lämötila on ja van der Waalsin vakiot ovat a ja b ertaa saamaasi lauseketta ideaalikaasun vastaavaan lausekkeeseen (b Laske työ, kun,0 kmol vesihöyryä laajenee 0,0 m:stä 60,0 m:iin lämötilassa 7 K Parametrien arvot ovat a = 580 0 Jm/kmol ja b = 0,09 m/kmol Suorita sama lasku myös ideaalikaasulle (a an der Waals tilanyhtälö on Isoterminen muutos ( = vakio: = N k N b a N

Nk N d d W = d = a d = Nk an Nb Nb Nb W Nk an = + Nb astaava työn lauseke ideaalikaasulle on Nk = = = W d d Nk (b ehtävässä annetut van der Waalsin arametrien arvot ovat moolisia, ts ne vastaavat arametreja a ja b (ks oetusmoniste luku 6, kun taas yllä on käytetty molekyyliä kohti ilmoitettuja arametreja a ja b Sijoitetaan saatuun työn lausekkeeseen N = ν NA: W ν N Ab = ν N Ak ν N b Nyt N k = R, N b = b, N a = a, joten W A A A W A + an ν A ν b = ν R + ν a ν b 60,0 m,0 kmol 0,09 J kmol Jm,0 kmol 84,4 7 K +,0 kmol 580 0 kmol K m kmol 60,0 0,0 m 0,0 m,0 kmol 0,09 kmol W 4, 64 0 6 J 4,6 MJ Ideaalikaasulle vastaava työ on W = Nk = ν R 60,0 0,0 6,0 84,4 7 J 4,99 0 J 4,0 MJ m (a-kohdassa on saanut istettä oikeasta an der Waals -kaasun työn lausekkeesta ja yhden isteen ideaalikaasun työn lausekkeesta (b-kohdassa vastaavasti oikeasta der Waals -kaasun työn arvosta on saanut istettä ja oikeasta ideaalikaasun työn arvosta on saanut isteen Olennaista (b-kohdassa on ollut huomata, että der Waals -tilanyhtälön arametrit on annettu moolisessa muodossa

0 g erästä materiaalia, joka on aluksi nestettä, lämmitetään joustamattomassa uminaisessa säiliössä 50 0 C lämötilasta 50 0 C lämötilaan Säiliöön tuotu lämömäärä on esitetty kuvassa lämötilan funktiona a Määrää ominaislämö väleillä AB ja CD b Mitä taahtuu välillä BC c Miksi ominaislämö on ienemi osalla CD kuin osalla AB? ( cal = 4,86 J Q a Kokonaisämökaasiteetti määritellään C = Kuvasta saadaan välille AB C = 6 J/K ja välille CD C = 4 J/K Huom cal = 486 J AB CD Q Ominaislämö on lämökaasiteetti massayksikköä (tai moolia kohden c = : m cab = CAB / M = 0,6 J/gK ccd = CCD / M = 04 J/gK Moolia kohden ilmoitetusta lämökaasiteetista käytetään myös nimitystä moolinen lämökaasiteetti tai moolilämö Annetun suureen laadusta voidaan kuitenkin aina äätellä mistä suureesta on kyse b älillä BC taahtuu nesteen muuttuminen kaasuksi, säiliöön tuotu lämö käytetään olomuodon muutokseen Koska astia on uminainen, sen tilavuuden on oltava hyvin suuri ainemäärään nähden, jotta aine ei nousisi olomuodon muutoksen aikana Jos aine kasvaisi, myös faasimuutoslämötila kasvaisi c Nesteen ominaislämö on yleensä suuremi kuin vastaavan kaasun Esimerkiksi vedelle jää: neste: kaasu: c = 84 (cal/kmol (-0 C c = 80(cal/Kmol (0 C 0 c = 60 (cal/kmol (0 C 0 0 (a-kohdassa on saanut kummastakin oikein lasketusta ominaislämökaasiteetista istettä Jos on laskenut vain kaaleen kokonaisominaislämökaasiteetin (toisin sanoen ei ole jakanut arvoja massalla, on saanut kummastakin oikein lasketusta arvosta yhden isteen (a- kohdasta siis yhteensä enintään 4 istettä (b-kohdasta on saanut yhden isteen, jos maininnut, että taahtuu olomuodon muutos oisen isteen on saanut, jos on ilmaissut, että lämötila ysyy vakiona tai että kaikki tuotu lämö käytetään olomuodon muutokseen (c- kohdasta ei siis saanut isteitä (Yksi bonusiste on ollut mahdollinen oikeasta vastauksesta, jos (a- ja (b-kohtien istemäärä ei ole ylittänyt kuutta istettä, koska vastauksen yksityiskohtainen erustelu ylittää kurssin sisällön

4 00 g 6 K asteista vettä kaadetaan 00 g alumiini astiaan, jonka lämötila on 98 K Laske veden ja kannun ja kokonaisentroian muutokset edelle c 75,5 J/(Kmol ja alumiinille c =7 J/(Kmol että on 5,56 moolia ja alumiinia, moolia Olkoon veden lämötila alussa ja kannun lämötila Lasketaan yhteinen lämötila esi luovuttaa astialle lämömäärän Q = ν c (, jonka kannu ottaa vastaan Q = ν c ( = Q ästä H O saadaan loulämötilaksi νc + ν c = = 7,8K ν c + ν c Al H O Lämötilojen tasoittuminen taahtuu normaali-ilmanaineessa Lasketaan entroiamuutos isobaariselle rosessille, jolle ätee yleisesti S S = ν c, joten alumiinille SAl =, J/K ja vedelle S H O = 0,0 J/K Kokonaisentroian muutos on näiden summa S O =, J/K Entroia siis kasvaa lämötilojen tasoittumisen yhteydessä : eden ja alumiinin luovuttama/vastaanottama lämömäärä (HUOM! Ei ole sakotettu, jos ei ole tiennyt veden ja alumiinin moolimassoja ts ainemäärät laskettu väärillä moolimassoilla : odettu, että alumiini vastaanottaa kaiken veden luovuttaman lämömäärän : Loulämötila ratkaistu oikein : Entroian muutokset vedelle ja alumiinille : Kokonaisentroian muutos 5 Kaksi astiaa ja sisältää samaa ideaalikaasua lämötilassa moolimäärien ollessa ja vastaavasti Osoita, että kun astiat yhdistetään lämöeristetysti, niin entroian kasvu on S R R APA Alkutilassa entroiat ovat (vrt yhtälö (9 S R f / f / + c ja S R c

Yhdistämisen jälkeen (huomaa, että lämötila ei muutu, koska systeemi on lämöeristetty S R f ( / c ( Entroian muutos on siis näiden erotus akioon c verrannolliset termit kumoutuvat, samoin ne termit, jotka tulevat lämötilan logaritmeista S S S R Yhdistämällä logaritmit S R : Oikea alkutilojen entroiat : Entroia yhdistämisen jälkeen : Entroian muutos ja oikea vastaus R R APA Koska systeemin lämötila ysyy vakiona, ei sisäenergia muuta ja lämöoin ensimmäisestä ääsäännöstä saadaan δq = δw = d ällöin entroian muutos voidaan kirjoittaa muotoon δq d d ds = = = ν R Alkutilassa ainemäärä ν on tilavuudessa ja ainemäärä ν tilavuudessa Säiliöiden yhdistämisen jälkeen kokonaistilavuus on = +, josta ainemäärän ν kaasumolekyylit ν ν vievät osan ( + ja ainemäärän ν molekyylit vievät osuuden ( + ν + ν ν + ν (koska tasaainon saavuttamisen jälkeen hiukkasten lukumäärätiheys on vakio n = N A ( ν + ν ( + oisin sanoen astian kaasu laajenee ν ( ν + ν + ja astian kaasu laajenee ν ( ν ν + + Alun erin astiassa olleen kaasun entroian muutos on siten ν ( + ν+ ν d + ν S = νr = νr ν + ν astaavasti astiassa olleen kaasun entroian muutos on Entroian kasvu on edellisten summa eli ν ( + ν+ ν d + ν S = ν R = ν R ν + ν

+ ν + ν S = S + S = νr + ν R ν + ν ν + ν : Oikea entroian muutoksen lauseke : Oikeat integroimisrajat : Kokonaisentroian muutos ja oikea vastaus