Välkommen till kursen. Termodynamik HT- 16

Transkript

1 Välkommen till kursen Termodynamik HT- 16 Kurskod: KE1160 7,5hp LAB1 Laboration, 1.0, betygsskala: P, F TEN1 Tentamen, 5.0, betygsskala: A, B, C, D, E, Fx, F ÖVN1 - Obligatorisk närvaro, 1.5, betygsskala: P, F Kursen har som mål att ge grundläggande kunskaper i termodynamik och dess tillämpningar inom kemin, kemitekniken och biologiska system. Kursen består av en teoridel på 5 hp med följande innehåll: Tillståndslagar för gaser Termodynamikens huvudsatser, inre energi och entropi Generella jämviktsvillkor, fri energi Partiella molära storheter, den kemiska potentialen Kemiska jämvikter i ideala och icke- ideala system Blandningars termodynamik; blandbarhet, fasseparation Fasjämvikter, fasdiagram för en- och tvåkomponentsystem Hur värmepumpar, kylmaskiner, gas- och ångturbiner fungerar Hur man omvandlar värme till arbete i transporter, för elproduktion mm En laborationsdel på 1,0 hp som omfattar: Gaser, vätskor och superkritiska fluider Vätskeblandningars termodynamik För laborationskursen gäller ett särskilt Lab- PM. Dessutom ingår en övningsdel ÖVN1 som består av Quiz följt av peer instruction (PI), som det är obligatorisk närvaro på vilket ger 1,5 hp. PI är ett moment med flervalsfrågor och Quiz av mer beskrivande svar. Det är 9 st Quiz där det krävs 7 st godkända för att få poängen, varje Quiz består av 7 frågor där 5 eller fler ger godkänt på respektive Quiz. Man får 15 minuter på sig för Quizen. Momentet PI är flervalsfrågor. Kursuppläggning Undervisningen består i form av föreläsningar för alla deltagare och lektioner uppdelade på grupper. Föreläsningarna behandlar grundläggande teorimoment medan lektionerna i huvudsak ägnas åt problemlösning. Lärare Kursansvarig: Gedde gedde@kth.se Per Alvfors alvfors@kth.se Stefan Grönkvist stefang@kth.se Tyrode tyrode@kth.se Jinshan Pan jinshanp@kth.se Labansvarig: Sergey Dvinskikh sergeid@kth.se Examinator: Per Alvfors alvfors@kth.se Kurssekreterare: Nadiya Rudyk rudyk@kth.se

2 Förkunskaper Rekommenderade förkunskapskrav är kursen Teknisk kemi samt programmets matematikkurser. Kursmaterial 1. Atkins Physical Chemistry, 10:e upplagan. Peter Atkins och Julio de Paula, Oxford University Press (2014) 2. Teknisk termodynamik, material från Per Alvfors 3. Exempelsamlingen 4. PDF på samtliga föreläsningsbilder. 5. En trevlig text som ökar förståelsen: The laws of thermodynamics a very short introduction, Peter Atkins, Oxford University Press (2010). 6. Vad är drivkraften i molekylernas värld? En molekylär introduktion till termodynamik. Roland Kellander, Studentlitteratur (2011). 7. Material thermodynamics. With emphasis on Chemical Approach Hae- Geon Lee, World Scientific, Singapore (2012) Examination LAB1 Laboration, 1.0, betygsskala: P, F TEN1 Tentamen, 5.0, betygsskala: A, B, C, D, E, Fx, F ÖVN1 Obligatorisk närvaro, 1.5, betygsskala: P, F Tentamen, obligatorisk närvaro och laborationskurs. En icke obligatorisk kontrollskrivning som med betyget P, ger bonuspoäng vid tentamen. Kontrollskrivningspoängen gäller under årets ordinarie tentamen samt omtentamen. Kursen avslutas med en skriftlig tentamina som består av 6 uppgifter om vardera 10 p där skrivtiden är 5 timmar. Observera att föranmälan till tentamen via Mina Sidor är obligatorisk. Under kursen anordnas en kontrollskrivning (KS). Skrivtiden är 2 timmar och KS:en består av två uppgifter som vardera kan ge 10 poäng alltså maximalt 20 p. KS- poängen summeras med poängen från de två första uppgifterna på tentan, dock kan totalsumman ej överskrida 20 p. KS- poängen gäller bara under ett år. Nytt för i år: den tekniska termodynamiken behandlas med 2 frågor; teknologen väljer själv ut vilken hen skall svara på. För godkänd examen krävs 5 p på den frågan. För kursen KE1160 beräknas slutbetyget på följande sätt: P < 25 ger betyget F (underkänt) 25 p 29 ger betyget Fx (kan höjas till E efter komplettering) 30 p 35 ger betyget E 36 p 43 ger betyget D 44 p 50 ger betyget C 51 p 56 ger betyget B 57 p 65 ger betyget A Slutbetyget påverkas av resultaten på laborationskursen. För godkänd laborationskurs fordras att alla redogörelser blivit godkända samt att viss minimipoäng uppnåtts på de laborationsförhör som föregår varje laboration. En väl genomförd laborationskurs ger maximalt 5 bonuspoäng som adderas till tentamenspoängen vid beräkning av slutbetyget. Observera att det krävs 30 p på tenta + KS för godkänt oavsett bonuspoängen från laborationerna. Hur bonuspoängen från laborationskursen beräknas framgår av särskilt Lab- PM. Betyget Fx kan höjas till godkänt betyg E efter komplettering. Kompletteringen består av en kompletteringstentamen som ges under Period 3 och består av två uppgifter som kan ge vardera maximalt

3 4 poäng med en skrivtid på 2 timmar, d.v.s. 8 poäng maximalt. Poängen från kompletteringstentamen summeras med totalpoängen från tentan och för godkänt betyg krävs att summapoängen minst uppgår till 30 p. KE1160. Termodynamik HT 2016 Datum Moment Person Innehåll 31/10, F 1 Kursintroduktion (vad är termodynamik, nyttan, bra exempel, kursens upplägg, vad kräver vi av teknologerna, vad ställer vi upp på); Ideala 1/11, /11, E32, E36 4/11, D34, D41 7/11, /11, /11, /11, /11, M31, M32 14/11, E3 16/11, /11, /11, /11, (perfekta) och reella gaser; Atkins (Ed.10): F 2 Gundbegrepp: systemtyper, processtyper (reversibla, irreversibla, isoterma, adiabatiska). Första huvudsatsen, inre energi, entalpi, värmekapacitet; termokemi, Kirchhoffs lag. Atkins (Ed.10): Q 1; PI 1, Gaser (ideala, reala gaser); Systemtyper; Processtyper; Begreppet inre energi Atkins (Ed.10): 29 58; RÖ 1 Gaser 1; första huvudsatsen-1 Exempelsamling: 1, 3 och 4a F 3 Begreppet tillståndsfunktion exakta differentialer; inre trycket för ideal och icke-ideala gaser; gasers expansion: isotermt och adiabatiskt; Joule Thomson effekten Atkins (Ed.10): Q 2;PI 2 RÖ 2 PI 3 Första huvudsatsen: arbete, värme, inre energi och entalpi. Värmekapacitet. Beräkning av ändring i inre energi och entalpi vid temperaturändring samt vid fasomvandling. Termokemi. Atkins (Ed.10): Första huvudsatsen-2 Exempelsamling: 11, 13 och 14. Tillståndsfunktion, exakt differential, partiella derivator, hur man beräknar en irreversibel process, gasprocesser (isoterma, adiabatiska, Joule-Thomson effekten) Atkins (Ed.10): RÖ 3, Första huvudsatsen-3 Exempelsamling: 5, 6, 8 och 10. F 4 Entropibegreppet; andra huvudsatsen; Carnot cykeln, Clausius olikhet; tredje huvudsatsen, hur entropi beräknas; I pausen: Sergey presenterar labkursen Atkins (Ed.10): Q 3, PI 4 RÖ 4 Q 4, PI 5 RÖ 5,, Entropi, andra huvudsatsen, Carnot cykeln, reversibla och irreversibla processer, Clausius olikhet. Atkins (Ed.10): Andra huvudsatsen 1 Exempelsamling: 18, 20 och 22. Beräkning av entropiändringar för reversibla och irreversibla processer; tredjehuvudsatsen Atkins (Ed.10): Andra huvudsatsen 2 Exempelsamling: 23 och 24.

4 21/11, /11, 8 10 E31, E35; 22/11, 9 12, notera 3 h 24/11, L21, L22 24/11, L21, L22 25/11, E32,E36 25/11, E51,E52 28/11, D34, D41 29/ /11, /12, /12, /12, /12, /12, /12, D3 9/12, /12, F 5 Per Teknisk termodynamik KS, Jinshan Kontrollskrivning; omfattande första och andra huvudsatsen. Ger max 20 p. Adderas till tentaresultat uppgifterna 1 och 2; tentan omfattar sex 10 p-frågor F 6 Per Teknisk termodynamik Q 5, PI 6 Per, Stefan Teknisk termodynamik RÖ 6 Per, Teknisk termodynamik 1 Stefan Exempelsamlingen: (ett urval). PI 7, Genomgång av kontrollskrivning RÖ 7 Per, Teknisk termodynamik 2 Stefan Exempelsamlingen: (ett urval). RÖ 8 Per, Teknisk termodynamik 3 Stefan Exempelsamlingen: (ett urval). RÖ 9 Per, Teknisk termodynamik 4 Stefan Exempelsamlingen: (ett urval). F 7 Fri energi, kemisk potential, Maxwells relationer Atkins (Ed.10): Q 6; PI 8 Fri energi, kemisk potential, Maxwells relationer Atkins (Ed.10): RÖ 10 Fri energi, kemisk potential, Maxwells relationer Exempelsamlingen: 28, 29 och 31. F 8 Fasdiagram för rena substanser; Clapeyrons ekvation, Clausius-Clapeyrons ekvation; olika typer av Atkins (Ed.10): Q 7; PI 9 Fasdiagram för rena substanser; Clapeyrons ekvation, Calausius-Clapeyrons ekvation; olika typer av RÖ 11 Atkins (Ed.10): Fasdiagram för rena substanser; Clapeyrons ekvation, Calausius-Clapeyrons ekvation; olika typer av Exempelsamlingen: 32, 36 och 39. F 9 Ideal lösning; Raults lag; icke-ideal lösning; kemisk potential för lösningar; Henrys lag; Fasdiagram för fasregel; kolligativa egenskaper Atkins (Ed.10): , Q 8; PI 10 RÖ 12 Ideal lösning; Raults lag; icke-ideal lösning; kemisk potential för lösningar; Aktivitet och koncentration. Henrys lag; Fasdiagram för binära blandningar; Gibbs-Duhems ekvation; Gibbs fasregel; kolligativa egenskaper Atkins (Ed.10): ; Ideal lösning; Raults lag; icke-ideal lösning; kemisk potential för lösningar; Henrys lag; Fasdiagram för fasregel; kolligativa egenskaper del 1

5 12/12, /12, E32,E36 Exempelsamlingen: 52, 54 och 57. F 10 Kemisk jämvikt Atkins (Ed.10): RÖ 13 Ideal lösning; Raults lag; icke-ideal lösning; kemisk potential för lösningar; Henrys lag; Fasdiagram för fasregel; kolligativa egenskaper del 2 Exempelsamlingen: 60, 63 och 67. Q9; PI 11 Kemisk jämvikt Atkins (Ed.10): RÖ 14 Kemisk jämvikt Exempelsamlingen: RS Alla Räknestuga; förberedelse för tentamen 14/12, /12, /12, /12; RS-teori Enligt överenskommelse 10/1 2017, Tentamen Alla Första tentamen i Termodynamik 8 14 KE1160 B21, B24, ansv. M23, M24 Kontrollskrivning och tenta KS 21/11, 8-10 Tenta KE /1 2017, 8-14 E31, E35; B21,B24, M23, M24