olevien molekyylien lukumäärään. Ominaistilojen lukumäärä (degeneraatio Molekyylin värähtelyn ominaiskulmataajuus on (ks. moniste, s.

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

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

e n 4πε S Fysiikka III (Est) 2 VK

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2010 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

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

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

= 84. Todennäköisin partitio on partitio k = 6,

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

Venymälle isotermisessä tilanmuutoksessa saadaan AE AE

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

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

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

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

Energian säilymislain perusteella elektronin rekyylienergia on fotnien energioiden erotus: (1)

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

VIII KIERTOPROSESSIT JA TERMODYNAAMISET KONEET 196

1. Yksiulotteisen harmonisen oskillaattorin energiatilat saadaan lausekkeesta

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

. Veden entropiamuutos lasketaan isobaariselle prosessille yhtälöstä

S , Fysiikka III (Sf) tentti/välikoeuusinta

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

b g / / / / H G I K J =. S Fysiikka (ES) Tentti

Jakso 15. Vaihtovirrat. Sarja- ja lineaaripiirit. Maxwellin yhtälöt

Molaariset ominaislämpökapasiteetit

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

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

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

S , FYSIIKKA III (ES), Syksy 2002, LH 4, Loppuviikko 39. Partitiofunktiota käyttäen keskiarvo voidaan kirjoittaa muotoon

Rahoitusriskit ja johdannaiset Matti Estola Luento 5. Termiinihinnan määräytyminen

ν = S Fysiikka III (ES) Tentti Ratkaisut

Jakso 10. Tasavirrat. Tasaantumisilmiöt. Vaihtovirrat. Sarja- ja lineaaripiirit. Maxwellin yhtälöt. (Kuuluu kurssiin Sähkömagnetismi, LuTK)

Ax 0 mm Bx mm Cx 1800 Ay 0 mm By mm Cy 0

Tee konseptiin pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Lue ohjeet huolellisesti

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

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

LIITE 8A: RAKENNELUVUN 137 YHTÄLÖITÄ

S , Fysiikka III (S) I välikoe Malliratkaisut

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

m h = Q l h 8380 J = J kg 1 0, kg Muodostuneen höyryn osuus alkuperäisestä vesimäärästä on m h m 0,200 kg = 0,

Lämpöopin pääsäännöt

Juuri 10 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty

n = = RT S Tentti

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

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

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

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

Differentiaaliyhtälöt, Syksy 2015 Harjoitus 2, Ratkaisut Ratkaise separoituvat differentiaaliyhtälöt. a) y = y

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

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

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

4. Putkivirtaus 4. PUTKIVIRTAUS. 4.1 Virtauslajit ja Reynoldsin luku. 4.2 Putkivirtauksen häviöt

S , Fysiikka III (ES) Tentti Tentti / välikoeuusinta

Nyt n = 1. Tästä ratkaistaan kuopan leveys L ja saadaan sijoittamalla elektronin massa ja vakiot

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

Termodynamiikka. Fysiikka III Ilkka Tittonen & Jukka Tulkki

KIINTEÄN AINEEN JA NESTEEN TILANYHTÄLÖT

Astrokemia Kevät 2011 Harjoitus 1, Massavaikutuksen laki, Ratkaisut

Lämmityksen lämpökerroin: Jäähdytin ja lämmitin ovat itse asiassa sama laite, mutta niiden hyötytuote on eri, jäähdytyksessä QL ja lämmityksessä QH

6. Yhteenvetoa kurssista

Ch 19-1&2 Lämpö ja sisäenergia

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

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

766328A Termofysiikka Harjoitus no. 10, ratkaisut (syyslukukausi 2014)

1. Laske sivun 104 esimerkin tapaan sellainen likiarvo luvulle e, että virheen itseisarvo on pienempi kuin 10 5.

Lämmönsiirto (ei tenttialuetta)

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

Laskuharjoitus 1 Ratkaisut

4. Termodynaamiset potentiaalit

TERMODYNAMIIKAN KURSSIN FYS 2 KURS- SIKOKEEN RATKAISUT

Muita lämpökoneita. matalammasta lämpötilasta korkeampaan. Jäähdytyksen tehokerroin: Lämmityksen lämpökerroin:

1 Eksergia ja termodynaamiset potentiaalit

RATKAISUT: 12. Lämpöenergia ja lämpöopin pääsäännöt

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Laskuharjoitus 2 Ratkaisut

Ekvipartitioteoreema. Entropia MB-jakaumassa. Entropia tilastollisessa mekaniikassa

Ekvipartitioteoreema

Sauvaelementti hum

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

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

PHYS-A0120 Termodynamiikka. Emppu Salonen

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 19: Gaussin integrointi emojanan alueessa.

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

S SÄHKÖTEKNIIKKA JA ELEKTRONIIKKA

S Fysiikka III (EST) Tentti ja välikoeuusinta

vetyteknologia Polttokennon termodynamiikkaa 1 DEE Risto Mikkonen

Luku 20. Kertausta: Termodynamiikan 2. pääsääntö Lämpövoimakoneen hyötysuhde

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3. Kaasut

Osio 1. Laskutehtävät

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2016

Luento 2: Lämpökemiaa, osa 1 Keskiviikko klo Termodynamiikan käsitteitä

PHYS-A0120 Termodynamiikka syksy 2017

Luku6 Tilanyhtälö. Ideaalikaasun N V. Yleinen aineen. paine vakio. tilavuus vakio

2. Termodynamiikan perusteet

S SÄHKÖTEKNIIKKA Kimmo Silvonen

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

763101P FYSIIKAN MATEMATIIKKAA Kertaustehtäviä 1. välikokeeseen, sl 2008

Clausiuksen epäyhtälö

Transkriptio:

S-11.5, Fysiikka III (ES) II väliko 5.11.1 1. CN-kaasu on trmodynaamisssa tasapainotilassa lämpötilassa, K. a) Määrää värähtlytaajuus CN-molkyylin sidoksn voimavakion 1,6 1 N/m avulla. b) Määritä n = 1 olvin molkyylin lukumäärän suhd nsimmäisllä virittyllä värähtlytasolla ( ) alimmalla värähtlytasolla ( n = ) olvin molkyylin lukumäärään. Ominaistilojn lukumäärä (dgnraatio g i ) on 1 kaikill värähtlytasoill. Hiiln atomimassa on 6 amu ja µ = m m / m + m. typn 7 amu ja värähtlyn suhtllinn massa ( ) C N C N Yli puolt koksn osallistujista i ollut tähän thtävään yhtä kaavaa nmpää jaksanut. Siitä yhdstä kaavasta hrui yksi pist jos s oli oikin. oissta kaavasta toinn pist ja lukuarvosta kolmas (myös oikilla arvoilla lasktuista). Mihityslukujn suhtn laskmisssa sama juttu, kaavoista ja tulokssta kolmas pist. Suositltava thtävä vilkaistavaksi nnn fysiikka IV kurssin aloittamista! Hiiln ja typn todllist atomimassat ovat titnkin 1 amu ja 1 amu (i 6 ja 7) tästä i toki rangaistu arvostlussa! CN, γ =1,6 1 N/m, =, K, g i =1 i, m c = 1,1 u, m N = 1,1 u. Molkyylin värähtlyn ominaiskulmataajuus on (ks. monist, s. 7) γ mm 1 ω o =,missäµ = on molkyylin rdusoitu massa. CN-molkyylill saadaan µ m + m ( m + m ) 1 γ C N 11 ωo =,896 1. mm C N s Värähtlytilan mihitysluku on N E ( i 1 i k N + ) Θv ωo ni = gi = gi, missä Θ v =! Z Z k vib vib on värähtlyn karaktristinn v lämpötila ja Zvib = on värähtlyyn liittyvä partitiofunktio. Laskttassa ri v 1 värähtlytilojn mihityslukujn suhdtta samassa kaasussa ja samassa lämpötilassa Z vib supistuu samoin kuin molkyylin lukumäärä N. Karaktristinn lämpötila CN:ll on Θ,975 1 K. v Kysytty mihityslukujn suhd on n n i+ 1 i ( i+ 11 + ) Θv v,9751, = = 5,88 1. ( i+ 1) Θv. Sylintrissä olva yksiatominn idaalikaasu on K lämpötilassa,,7 m tilavuudssa ja, baarin painssa. Kaasu laajn adiabaattissti, kunns sn tilavuus on

1, m. Suraavaksi kaasu puristtaan isotrmissti alkupräisn,7 mtilavuutn. Lopuksi pain nosttaan isokorissti, bar:iin. Lask kaasun tkmä työ kirtoprosssissa ja osoita laskmalla ri osaprosssihin liittyvät lämmöt, ttä kaasun tkmä työ on yhtä suuri kuin kaasun kirtoprosssin aikana saama lämpömäärä. äysin oikasta thtävästä 6, pikkuvikaissta (väärät arvot tuloksn mutta kuitnkin W = Q todistttu) tai 5. ässä vaihssa kuva prosssista toi plussapistitä. Oikat kaavat utti numroita tai pikkasn hittävät kaavat numroilla ja pohdisklulla toivat pistttä. sai jos oli lähs kaikki kaavat ja prosssi hallussa mutta muutn hukassa ja 1 jos noin puolt kaavoista oli oikin tai alku ds jonkinlainn. 1 = K, V1 =,7m, p1 =,bar; V =1,m; V = V1 =,7m; p = p1 =,bar. 1 : adiabaattinn prosssi, : isotrminn prosssi, 1: isokoorinn prosssi. Yksiatominn idaalikaasu: γ =5/. 1 : Q 1 = 1. pääsäännöstä: U = Q1 W1 W1 = U = ν R( 1 ) Lasktaan moolimäärä tilanyhtälöstä: 5 N, 1,7 m pv 1 1 ν = m 56,1 mol. R J 1 8,1 K mol K Idaalikaasun adiabaattisll prosssill γ γ 1 5 pv 1 1 = pv γ 1 V1,7 pv 1 1 pv = 1 K 9, K V 1,. = 1 J W1 56,1 mol 8,1 ( 9, ) K 6,9 1 J molk : = vakio, idaalikaasu U=. Isotrmisll prosssill V J,7 W = ν R ln 56,1 mol 8,1 9, K ln 5,68 1 J. V mol K 1,

U = Q W = Q = W = 5,68 1 J 1: V = W1 = Q1 = U1 U = ν R( 1 ) = ν R( 1 ), sillä = (isotrminn prosssi ). J Q1 56,1 mol 8,1 ( 9,) K 6,9 1 J. molk Kaasun kirtoprosssissa tkmä työ: ( ) W = W1 + W + W1 6,9 5,68 + 1 J 1,7 kj Kaasun kirtoprosssin aikana saama lämpö: ( ) Q= Q1 + Q + Q1 5,68 + 6,9 1 J 1,7 kj = W. Kaasun saaman lämmön ja tkmän työn yhtäsuuruudn näk titnkin yo. yhtälöistä suoraankin.. Jääkaapin sisälämpötila on 5 C ja huonilman lämpötila C. Jääkaappiin 6 huonilmasta virtaava lämpömäärä on vuorokaudssa, 1 J. Jääkaappi prustuu kääntisn Carnot'n konsn. Jos kon saavuttaa 6% torttissta thokrtoimsta, niin mikä on kaapin ottama sähkötho? Jääkaappi on jäähdytyskon. Varsin suuri osa oli lasknut thtävää lämpöpumppuna. htävä on pistyttty sitn, ttä lämpöpumppuna laskmissta sakottaan kaksi pistttä li maksimi tällöin on nljä. Pistitä sai yhdn tilantn ymmärtämisstä li oikin olvasta kuvasta ja/tai tkstistä jääkaappi on jäähdytyskon tms., joita i kuitnkaan vaadittu jos thtävä oli muutn oikin. oisn pistn sai yhdstä lähs oikin olvasta thtävässä tarvittavasta kaavasta ja kolmannn skä nljännn järkvästä jatkosta. Kuudn pistn lasku on täysin oikin ja viidn pistn laskussa on jokin laskuvirh tai sim. vakio puuttuu. Mikäli thokrroin ja hyötysuhd oli sotkttu ksknään, sakotttiin yksi pist. Ylmmän lämpövaraston lämpötila on Y = 9.15 K ja almman lämpövaraston = 78.15 K. A Kääntistä Carnot-prosssia totuttavan lämpöpumpun thokrroin on siis Y ε L = Y A ja jäähdytyskonn thokrroin vastaavasti (ks. lunnot)

A εj = ( εl 1) = = 18,5. Y A odllinn thokrroin on 6 % tästä arvosta li 11,1. Lämpövuoto on, MJ, jotn tarvittava sähkön määrä on E=, MJ/11,1 =,7 MJ. arvittava tho on siis,7 MJ P = = 6 6 s 1W ========.. Alumiinitangossa vallits 7 MPa vtojännitys. anko on kiinnittty molmmista päistään ja sn pituus 9 K lämpötilassa on 5, m. Lask kuinka suuri jännitys on K lämpötilassa, jos tangon kiinnityskohdat lämpötilan laskissa lähstyvät toisiaan,75 mm. Alumiinin pituudn lämpötilakrroin on α = 9, 1 6 K -1 ja kimmokrroin E= 7, 1 1 Pa. htävä aihutti jonkin vrran hämminkiä, koska ilmissti sn aihpiiriä i ollut ksplisiittissti mainittu koalulistassa. htävä oli kuitnkin koksn tulvin laskuharjoitustn joukossa. Hämmingistä johtun thtävä arvostltiin himan livmmin. Kuvasta, josta slvisi tilann ja/tai fysikaalisn tilantn lyhystä sanallissta slittämisstä sai yhdn pistn (i vaadittu kuutn pistsn). Pidmmästä oikasta slityksstä sai lisäpistitä. Yksi pist krtyi oikansuuntaissta kaavasta ja suraava ja sitä suraava jos kaavalla oli laskttu jotain järkvää. Vakioidn tai tarvittavan kaavan täsmällisn muodon muistamattomuudsta sakotttiin yksi pist kuitnkin niin, ttä mikäli kaavasta puuttui muutakin kuin vakioita ja yksiköt ivät täsmännt ikä asiasta ollut huomautusta, pistitä mni kaksi. Vnymän muutoksll pät 1 L= αl + E L σ Ratkaismalla tämä jännityksn muutoksn suhtn saadaan L σ = E( α ) L angon pituus pinn jotn L =,75mm, samoin lämpötila = 5K. Sijoittamalla numroarvot saadaan: 1 m 6 σ = 7, 1 Pa(,75 1 1 + 9 1 5 K) = 6Pa 5,m K ja σ = σ + σ = 1 MPa. =========== 5. Lask vdn ntropian muutos kun yksi mooli vttä lämmittään kvasistaattissti vakiopainssa lämpötilasta - C lämpötilaan 15 C. Vdn sulamislämpö on 6,8 kj/mol, höyrystymislämpö,69 kj/mol. Jään ominaislämpökapasittti vakiopainssa on 7,67 J/(mol K) ja vsihöyryn ominaislämpökapasittti vakiopainssa 6, J/(mol K). Viimksi mainittuja arvoja voidaan pitää vakioina ao. lämpötila-aluilla.

htävänannosta oli jäänyt puuttumaan nstmäisn vdn ominaislämpökapasittti (c p,vsi = 18J/(K kg) = 75. J/(mol K) ). ästä huolimatta thtävä oli osattu hyvin. htävästä sai täydt pistt oli sittn muistanut vdn ominaislämpökapasittin lukuarvon, päätllyt jonkun lukuarvon tai jättänyt arvon muuttujan tilall sijoittamatta. Sanallissta (tai kaavallissta) slityksstä, ttä ntropian muutos krtyy viidstä ri vaihsta sai nsimmäisn pistn. oisn sai lähs oikista kaavoista ja kolmannn, jos ulos oli saanut oikita lukuarvoja. Mikäli i ollut huomioinut isotrmisn ja isobaarisn prosssin ntropian laskmisn roa, maksimipistt olivat kolm. Optlkaa luonnollisn logaritmin ja 1-kantaisn logaritmin ro tai vaihtohtoissti olkaa tarkmpia laskiminn kanssa. Jään lämmittäminn vakiopainssa C :sta C :n 7,15 J S = νc pjää, ln =,9 5,15 K Jään sulaminn vdksi vakiolämpötilassa = 7,15 isotrmisll prosssill K. Entropian muutos lasktaan Q1 l1 6 J J S = = ν = =,1. 7,15 K K Vdn kuumntaminn C :sta 1 C :n tapahtuu vakiopainssa: 7,15 J S = c pvsi, ln =,5 7,15 K Vdn kihuminn höyryksi (kaasuksi) tapahtuu vakiolämpötilassa Q l 69 J J S = = ν = =19, 7,15 K K Vsihöyryn (kaasun) kuumntaminn,15 J S = c pkaasu, ln =,5 7,15 K Yhtnsä ntropian kasvu on siis 16 J/K. 1 C :sta 15 C :n tapahtuu vakiopainssa: