Räkneövning 5 hösten 2014

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Räkneövning 5 hösten 2014"

Elisabeth Gunnarsson
för 7 år sedan
Visningar:

1 ermofysikens Grunder Räkneövning 5 hösten 2014 Assistent: Christoffer Fridlund

2 1. Entalin och Maxwell-relation. Entalin H definieras som H U +. isa genom att anvnäda entalins defintion samt den fundamentala termodynamiska relationen du d d att P 1 FACI H U + du d d dh du + d du + d + d d d + d + d d + d H H H H 2 H 2 H 2

3 2. Övning med Maxwell-relationer och otentialer. a isa att följande likhet gäller: G/ H 2 b Uttryck C samt C med hjäl av, och. 2 FACI a de d d H E + G E + dg de + d + d d d d d + d + d d d d d G/ H 2 G/ G G G 2 G/ 2 2 G 2 + G + E + E + H 3

4 b De fyra vanligaste Maxwells relationerna dq dq d och C x d C x x C C x C 2 2 C 2 2 4

5 3. Gibbs otential och kemiska reaktioner. a Betrakta reaktionen H 2 Os H 2 Ol där s, står för fast form och l för vätskeformen, dvs. det är frågan om is som övergår till vatten i vätskeform. För denna reaktion kan man bestämma att förändringen i entalin är 6.03 kj/ medan förändringen i entroin är 22.1 J/K. Beräkna förändringen i Gibbs otential för reaktionen då 10 C, 0 C samt då 10 C. vad kan du dra för slutsats gällande sambandet mellan kemiska reaktioners sontanitet och förändringen av Gibbs otential? b Då en av dikväveoxid lustgas övergår till kvävgas och syrgas, 2N 2 O 2N 2 + O 2 ökar systemets entroi med 76 J/K medan entalin minskar med 82 kj då systemet är vid 25 C och 1 atm NP i böjran samt i slutet. Beräkna förändringen i Gibbs otentialen. På basen av slutsatsen från a-delen, skulle du förvänta dig att lustgas är stabilt vid NP? FACI a G H H 6.03 kj J 22.1 K b 10 C K: G J J J K K J 0 C K: G J 10 C K: G J Om G är negativt så sker reaktionen mera sontant. G H 82 kj K 76 J K 105 kj Man kan dra slutsatsen att reaktionen sker väldigt sontant. 5

6 4. Fastransitioner. a Om det tar 3 minuter att koka u 20 gradigt vatten i vattenkokare, hur länge tar det förrän allt vatten kokat bort? b ök u två exemel å fastransitioner av andra ordningen. FACI a C kj kgk L 2260 kj kg t 3 60 s 100 C 20 C 80 C Q C m Q m L attenkokarens effekt kan räknas med förändringen i värmen över tiden det tar att ändra den. P dq dt C m t ärmeenergin som binds i allt vatten i vattenkokaren kan beräknas med smältvärmen för övergången mellan vatten och ånga gånger massan för vattnet i kokaren. iden det tar att koka bort hela massan vatten erhålls genom att dividera totala energin med effekten: t Q P m L t C m Delta kj 2260 kg 180 s kj kgk b i. Ferromagnetiska fastransitioner i järn ii. urafluiditet 80 K s 20 min 6

7 5. Clausius-Claeyron. om bekant smälter is till vatten vid 0 grader celsius och 1 atm tryck. id vilket tryck smälter isen redan vid -1 grad? Latenta värmen smältvärmen är L is vatten J/kg. I boken Mandl: tatistical hysics står det att skridskoåkare har nytta av denna effekt, eftersom det ökade trycket under skridskon gör att en del av isen smälter till vatten och därmed gör det "halare", vilket ger bättre glid. Med hjäl av resultatet ovan, vad kan du säga om det här åståendet för en aroximativ skridskoåkare å en tyisk vinterdag i Finland? FACI L J kg 0 0 C K 1 1 C K t 1 K 0 1atm P a Clausisu-Claeyron ekvationen: d d L 0 v 7 v är den secifika volymen den beskriver förhållandet mellan volymen och massa hos ett ämne. ilket går matematiskt att beskriva som den reciroka densiteten, v m ρ 1. Densiteten för vatten är 1000 kg v m 3 vatten m3 kg och för is kg m 3 v is m3 kg. ecifika volymens ändring från is till vatten är v is v vatten m3 kg. d Ld 0 v J kg 1 K K m 3 kg P a rycket som behövs för att smälta minus en gradig is till vatten är 0 +d P a. Massan som behövs för att orsaka det trycket fås från tryckets och kraftens samband. Kontaktarean under skridskobladen aroximeras till A 0.3 cm 30 cm 10 cm 2. Den är arean tas sen gånger två, för att få totala arean under båda skridskorna m 2. F A mg A m A g P a m m s kg å här stor massa behövs för att orsaka ett tillräckligt högt tryck för att smälta -1 gradig is. Om isen sen blir -30 grader så krävs det ett 30 gånger större tryck, vilket är roortionellt till en 30 gånger högre massa. Det är alltså väldigt osannolikt att en vanligt byggd erson ska klara av att smälta isen under sina skridskor för att ha någon nytta av det under sinn skrinnsession. 7

Relevanta dokument

Räkneövning 2 hösten 2014

Termofysikens Grunder Räkneövning 2 hösten 2014 Assistent: Christoffer Fridlund 22.9.2014 1 1. Brinnande processer. Moderna datorers funktion baserar sig på kiselprocessorer. Anta att en modern processor