Termodynamik och inledande statistisk fysik
|
|
- Lena Magnusson
- för 7 år sedan
- Visningar:
Transkript
1 Några grundbegrepp i kursen Termodynamik och inledande statistisk fysik I. INLEDNING Termodynamiken beskriver på en makroskopisk nivå processer där värme och/eller arbete tillförs eller extraheras från ett termodynamiskt system. I termodynamiken specificeras ett systems tillstånd med hjälp av termodynamiska variabler, eller tillståndsvariabler. Exempel är: tryck, p; volym, V; temperatur, T; antal partiklar, N, magnetfält, B; etc. Ett termodynamiskt jämviktstillstånd är ett tillstånd där dessa variabler antar samma värde i hela systemet, och dessutom inte förändras i tiden. Ett viktigt exempel på ett termodynamiskt system, som vi ofta skall använda som exempel, visas i denna figur: I den här bilden är en gas innesluten i en cylinder med volymen V, som kan mätas på den horisontella skalan som indikerar positionen hos pistongen. Trycket, p, kan mätas med en manometer och temperaturen, T, med en termometer. I ett typiskt experiment mäter man p, V och T i ett begynnelse tillstånd och ändrar sedan tillståndet, ettdera genom att flytta pistongen eller att värma upp cylindern (eller både och) och sedan återigen mäta tillståndsvariablerna. Det är också viktigt att veta om cylinderns väggar är adiabatiska, dvs. värmeisolerande eller diatermiska dvs. att de leder värme. Genom att utföra sådana
2 experiment kan man sluta sig till att de flesta gaser med god approximation uppfyller den allmänna gaslagen: pv = Nk B T Där k B = J/molK är Boltzmanns konstant. Den allmänna gaslagen är ett exempel på en tillståndsekvation som allmänt är av formen f(p,v,t,n,..) = 0. Tillståndsekvationen är karakteristisk för olika substanser och den allmänna gaslagen gäller exakt endast för en s.k. ideal gas, men ger också en god approximativ beskrivning för de flesta gaser vid låga tätheter. I kursen kommer vi också att möta termodynamiska relationer som gäller för alla termodynamiska system. Begreppen tryck och volym är kända och väldefinierade från geometri och mekanik, medan temperatur är ett termodynamiskt begrepp som vi kommer att diskutera i detalj i den här kursen. I den klassiska termodynamiken definieras begreppen inre energi, temperatur och entropi, i makroskopiska termer, och man postulerar deras egenskaper i termodynamikens fyra huvudlagar. En mer grundläggande förståelse för dessa begrepp får man dock i den statistiska mekaniken, där man kombinerar kvantmekanik eller klassisk mekanik med överväganden från sannolikhetsläran. I den här kursen skall vi studera problemen från både det mikroskopiska och makroskopiska perspektivet - båda är nödvändiga för att få en djupare förståelse för fysiken hos makroskopiska system. II. KINETISK GASTEORI Det enklaste och mest direkta exemplet på hur en makroskopisk lag kan härledas genom en kombination av mikroskopisk fysik och statistiska överväganden är härledningen av den allmänna gaslagen med hjälp av kinetisk gasteori. I den enklaste versionen av den kinetiska gasteorin antar man att en ideal gas består av en stor mängd identiska små "kulor", var och en med massan m. Gasen antas vara så tunn att den volym som upptas av kulorna är försumbar. Vi antar dessutom att kulorna bara växelverkar via fullständigt elastiska stötar mot varandra och mot behållarens väggar. Utifrån dessa anttaganden kan vi beräkna det tryck som gasen utövar på behållarens väggar på grund av de elastiska stötarna från kulorna. Det visar sig att produkten pv är proportionell mot som är medelvärdet av den kinetiska energin för kin kulorna. Genom att jämföra med allmänna gaslagen, kan vi identifiera kin = 3 2 k BT, eller i ord: temperaturen är ett mått på den genomnittliga kinetiska energin hos gaspartiklarna! I detta avsnitt kommer vi också att diskutera den så kallade ekvipartitionsprincipen, med vars hjälp vi kan förstå värmekapaciteten hos både en och fleratomiga gaser, samt de korrektioner till allmänna gaslagen som inkorporeras i van der Waals lag.
3 III. STATISTISK MEKANIK Den grundläggand iden i den statistiska mekaniken är den följande: I ett system med ett stort antal (N A = ) partiklar är den detaljerade rörelsen hos partiklarna i praktiken oförutsägbar. Med detta menas mer precist, att oberoende av begynnelse-villkoren 1 så kommer systemet efter en tid att med samma sannolikhet befinna sig i vilket som helst mikrotillstånd som är förenligt med konservering av den totala energin. Med ett mikrotillstånd menas ett tillstånd med bestämda värden för lägen och hastigheter hos alla partiklarna (I mer avancerade kurser i statistisk mekanik kommer du att få lära dig hur även andra konserveringslagar kommer in i bilden.). Trots att alla mikrotillstånd är lika sannolika så kommer både ett slutet system, dvs. ett system där den inre energin är konstant, och ett system i kontakt med en värmereservoar, snabbt att befinna sig i ett jämnviktstillstånd, som karaktäriseras av stabila medelvärden för storheter som tryck, temperatur etc. Detta förstås lätt med ett exempel: Antag vid en viss tidpunkt alla molekylerna i den vänstra halvan av en gasbehållare har minst dubbelt så stor hastighet som de i den högra. I ett sådant tillstånd kommer temperaturen till vänster, och trycket på den vänstra väggen att vara mycket större än motsvarande storheter i den högra. Men fastän varje enskilt mikrotillstånd som svarar mot en sådan ojämn hastighetsfördelning är lika sannolikt som varje enskilt mikrotillstånd som svarar mot en jämn fördelning, så är det lätta att visa att det finns ofantligt många mer mikrotillstånd som svarar mot den jämna fördelningen. Eftersom varje mikrotillstånd har samma sannolikhet blir det alltså mycket större chans att se en jämna fördelningen. (En mer utförlig diskussion av ett liknande exempel hittar du på länken "kvävningsrisk" i läsanvisningarna.) Av ovanstående diskussion är det klart att för att kunna göra en mer precis analys så är det viktigt att precisera vad som menas med "antal mikrotillstånd", samt att finna metoder för att räkna dem. För att göra detta skall vi införa några elementära resultat från kvantmekaniken. I kvantmekaniken kan energin för ett tillstånd endast anta vissa diskreta, eller kvantiserade (därav namnet "kvantmekanik") värden. Det visar sig att för makroskopiskt stora system ligger de kvantiserade energinivåerna mycket, mycket tätt jämfört med den precision med vilken man kan mäta energier. Vi kan därför införa antalet tillstånd Ω(U), som det antal kvantiserade energinivåer som ligger i energiintervallet (U, U+δU), där δu är en mikroskopiskt stort men makroskopiskt litet. 2 Vi har nu allt som behövs för att ställa följande fundamentala fråga: Givet två system i termisk kontakt med varandra, hur kommer den totala energin att fördelas på de två systemen? För att besvara denna fråga kommer vi att införa begreppet entropi via relationen, 1 Med begynnelsevillkor för en gas i en behållare menas t.ex. exakt hur och när vi pumpat in gasen och hur vi senare värmt och/eller komprimerat den. 2 I den klassiska mekaniken kan energin anta kontinuerliga värden, och det finns inget unikt sätt att räkan tillstånd och detta ledde till det som går under namnet "Gibbs paradox" som fick sin upplösning först i och med kvantmekaniken.
4 S(V,U) = k lnω(u) (1) där k är en godtycklig konstant, och finner sedan att vilkoret är att T = U S är lika i de två V systemet. Här har vi antagit att entropin är en monotont växande funktion av U så vi kan invertera ekv. 1 och få funktionen U(V,S). Detta resonemang ger oss en allmän mikroskopisk definition av begreppen entropi och temperatur, samt en formulering av termodynamikens nollte huvudsats, som säger att system med samma temperatur är i termisk jämvikt. För att knyta samman detta resonemang med härledningen av den allmänna gaslagen, räknar vi ut Ω(U), för en ideal gas och visar igen att kin = 3 kt, så vi identifiera den obestämda 2 konstanten i definitionen av entropin med Boltzmanns konstant i den allmänna gaslagen. Man kan nu argumentera att entropin aldrig kan minska i ett slutet system, detta är termodynamikens andra huvudsats. Vidare kommer vi att införa begreppen arbete och värme och formulera termodynamikens första huvudsats, vilket inte är något annat än energikonservering, i formen du = dq + dw = TdS pdv (2) där den första termen i högerledet är tillfört värme, Q, och den andra mekaniskt arbete, W. För en gas är arbetet mot en tryckkraft givet av dw = F dx = p A dx = p dv. I ett stort system i termisk jämvikt är energin fördelad på olika delsystem så att den totala entropin är maximal. IV. TERMODYNAMIK Från den statistiska mekaniken kan vi nu extrahera termodynamikens fyra huvudsatser: 0 e huvudsatsen: Alla system i jämvikt kan karaktäriseras med en temperatur, och system med samma temperatur är i termisk jämvikt. 1 a huvudsatsen: Ekvation 2 ovan, eller i ord: energin bevaras och den kan tillföras i form av värme, Q, eller arbete, W. 2 a huvudsatsen: Entropin hos ett slutet system kan aldrig minska. 3 e huvudsatsen: Entropin är noll vid absoluta nollpunkten. (Vi kommer inte att diskutera denna sats.) Fastän vi i denna kurs nästan uteslutande kommer att diskutera ideala gaser, så är som redan nämnts termodynamikens lagar universellt giltiga för nästan alla makroskopiska system, från
5 gaser och vätskor till metaller, stjärnor och, med en mycket intressant utvidgning av de termodynamiska begreppen, också till s.k. svarta hål 3 I kursen kommer vi dels att studera enkla processer där system tillförs arbete/och eller värme. I detta samband kommer vi att betona du är en exakt differential, med vilket menas att storheten U är en tillståndsfunktion, eller termodynamisk potential, som kan användas för att karaktärisera ett termodynamiskt tillstånd. dq och dw är däremot inte exakta differentialer - det är meningslöst att säga att ett system "innehåller en viss mängd värme" eller innehåller "en viss mängd arbete". Man kan bara tala om processer där en viss mängd värme eller arbete överförs mellan olika system. Av särskilt intresse är cykliska processer, där ett arbetsmedium, oftast en gas, via en serie processer förs genom ett antal termodynamiska tillstånd tillbaka till begynnelsetillståndet. Slutresultatet av en sådan process kan vara att värme förs från en varm till en kall reservoar, samtidigt som systemet utför arbete på omgivningen (ångmaskin, förbränningsmotor, etc.), eller att arbete tillförs och värme förs från en kall till en varm reservoar (kylskåp, värmepump). Den praktiska betydelsen av sådana processer torde vara uppenbar! I samband med studiet av cykliska processer kommer också att kort beröra hur begreppet entropi kan införas utan någon hänvisning till mikroskopiska begrepp. Ett centralt begrepp härvidlag är den s.k. Carnotcykeln. Vi har redan nämnt att den termodynamiska potentialen E(V,S) är en funktion av volymen och entropin. Detta är dock ingen lätt kvantitet att relatera till experiment - varken den totala energin eller entropin är lätta att mäta. Det är därför till stor hjälp att införa Helmholtz fria energi, F = U - TS, som är en termodynamisk potential som beror på V och T, vilka båda är direkt mätbara. Storheten F har dessutom en direkt praktisk tolkning - den är ett mått på den maximala mängd arbete som kan utvinnas från ett termodynamiskt system som hålls vid fix temperatur. Det finns också andra termodynamiska potentialer som är av intresse, och i mån av tid kommer vi även att diskutera dessa. V. Gibbs fördelning, tillståndssumman och Helmholtz fria energi I det här avsnittet härleder vi sannolikheten, w α för att ett system i kontakt med en värmereservoar kommer att befinna sig i ett tillstånd, α, med energin E α. Denna ges av Gibbs fördelningslag, w = 1 Z e E k B T E k där Z = e B T. 3 För ett svart hål är entropin relaterad till ytan av den s.k. händelsehorisonten, och temperaturen till styrkan på gravitationskraften.
6 Z kallas för tillståndssumman (efter tyskans Zustandssumme) och är en mycket viktig storhet i den statistiska mekaniken då man kan visa att den i sig innehåller all information om det statistiskt mekaniska systemet, inklusive information om samtliga termodynamiska storheter. Tillståndssumman är också relaterad till Helmholtz fria energi via den enkla formeln, F = k B T ln Z Om vi kommer så här långt i kursen så kommer vi också att studera olika tillämpningar av Gibbs distributionslag och se exempel på hur man beräknar tillståndssumman.
Entropi. Det är omöjligt att överföra värme från ett "kallare" till ett "varmare" system utan att samtidigt utföra arbete.
Entropi Vi har tidigare sett hur man kunde definiera entropi som en funktion (en konstant gånger naturliga logaritmen) av antalet sätt att tilldela ett system en viss mängd energi. Att ifrån detta förstå
Läs merTvå system, bägge enskilt i termisk jämvikt med en tredje, är i jämvikt sinsemellan
Termodynamikens grundlagar Nollte grundlagen Termodynamikens 0:e grundlag Två system, bägge enskilt i termisk jämvikt med en tredje, är i jämvikt sinsemellan Temperatur Temperatur är ett mått på benägenheten
Läs merStudieanvisningar i statistisk fysik (SI1161) för F3
Studieanvisningar i statistisk fysik (SI1161) för F3 Olle Edholm September 15, 2010 1 Introduktion Denna studieanvisning är avsedd att användas tillsammans med boken och exempelsamlingen. Den är avsedd
Läs merDavid Wessman, Lund, 29 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 3. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.
Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik. 1 Entropi 1.1 Inledning Entropi införs med relationen: S = k ln(ω (1 Entropi har enheten J/K, samma som k som är Boltzmanns konstant. Ω är antalet
Läs mer@
Kinetisk gasteori F = area tryck Newtons 2:a lag på impulsformen: dp/dt = F, där p=mv Impulsöverföringen till kolven när en molekyl reflekteras i kolvytan A är p=2mv x. De molekyler som når fram till ytan
Läs merInnehållsförteckning. I. Introduktion och första grundlagen I.1. Överblick och motivation
Innehållsförteckning Notera: denna förteckning uppdateras under kursens lopp, men stora förändringar är inte att vänta. I. Introduktion och första grundlagen I.1. Överblick och motivation I.1.1. Vad behandlar
Läs merTentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)
Chalmers Tekniska Högskola Institutionen för Teknisk Fysik Mats Granath Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF40) Tid och plats: Tisdag 8/8 009, kl. 4.00-6.00 i V-huset. Examinator: Mats
Läs merKapitel III. Klassisk Termodynamik in action
Kapitel III Klassisk Termodynamik in action Termodynamikens andra grundlag Observation: värme flödar alltid från en varm kropp till en kall, och den motsatta processen sker aldrig spontant (kräver arbete!)
Läs merKapitel I. Introduktion och första grundlagen. Kursmaterialet: Jens Pomoell 2011, Mikael Ehn 2013-2014
Kapitel I Introduktion och första grundlagen Kursmaterialet: Jens Pomoell 2011, Mikael Ehn 2013-2014 Introduktion Vad är Termofysik? Termofysiken handlar om att studera system bestående av ett stort antal
Läs merFöreläsning 14: Termodynamiska processer, värmemaskiner: motor, kylskåp och värmepump; verkningsgrad, Carnot-cykeln.
Föreläsning 14: Termodynamiska processer, värmemaskiner: motor, kylskåp och värmepump; verkningsgrad, Carnot-cykeln. Maj 7, 2013, KoK kap. 6 sid 171-176) och kap. 8 Centrala ekvationer i statistisk mekanik
Läs merKapitel I. Introduktion och första grundlagen
Kapitel I Introduktion och första grundlagen Introduktion Vad är Termofysik? Termofysiken handlar om att studera system bestående av ett stort antal partiklar (atomer, molekyler,...) i vilka temperaturen
Läs merExempel på statistisk fysik Svagt växelverkande partiklar
Exempel på statistisk fysik Svagt växelverkande partiklar I kapitlet om kinetisk gasteori behandlades en s k ideal gas där man antog att partiklarna inte växelverkade med varandra och dessutom var punktformiga.
Läs mer18. Fasjämvikt Tvåfasjämvikt T 1 = T 2, P 1 = P 2. (1)
18. Fasjämvikt Om ett makroskopiskt system består av flere homogena skilda komponenter, som är i termisk jämvikt med varandra, så kallas dessa komponenter faser. 18.0.1. Tvåfasjämvikt Jämvikt mellan två
Läs merIdealgasens begränsningar märks bäst vid högt tryck då molekyler växelverkar mera eller går över i vätskeform.
Van der Waals gas Introduktion Idealgaslagen är praktisk i teorin men i praktiken är inga gaser idealgaser Den lättaste och vanligaste modellen för en reell gas är Van der Waals gas Van der Waals modell
Läs merKap 4 energianalys av slutna system
Slutet system: energi men ej massa kan röra sig över systemgränsen. Exempel: kolvmotor med stängda ventiler 1 Volymändringsarbete (boundary work) Exempel: arbete med kolv W b = Fds = PAds = PdV 2 W b =
Läs merTentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)
Chalmers Tekniska Högskola Institutionen för Teknisk Fysik Mats Granath Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF40) Tid och plats: Måndag den 4 januari 008, kl. 8.30-.30 i M-huset. Examinator:
Läs merTentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3
Chalmers Institutionen för Teknisk Fysik Göran Wahnström Tentamen i FTF14 Termodynamik och statistisk mekanik för F3 Tid och plats: Tisdag 25 aug 215, kl 8.3-13.3 i V -salar. Hjälpmedel: Physics Handbook,
Läs merFysikaliska modeller
Fysikaliska modeller Olika syften med fysiken Grundforskarens syn Finna förklaringar på skeenden i naturen Ställa upp lagar för fysikaliska skeenden Kritiskt granska uppställda lagar Kontrollera uppställda
Läs merTermodynamik FL1. Energi SYSTEM. Grundläggande begrepp. Energi. Energi kan lagras. Energi kan omvandlas från en form till en annan.
Termodynamik FL1 Grundläggande begrepp Energi Energi Energi kan lagras Energi kan omvandlas från en form till en annan. Energiprincipen (1:a huvudsatsen). Enheter för energi: J, ev, kwh 1 J = 1 N m 1 cal
Läs merRepetition F9. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00
Repetition F9 Process (reversibel, irreversibel) Entropi o statistisk termodynamik: S = k ln W o klassisk termodynamik: S = q rev / T o låg S: ordning, få mikrotillstånd o hög S: oordning, många mikrotillstånd
Läs merLösningsanvisningar till tentamen i SI1161 Statistisk fysik, 6 hp, för F3 Onsdagen den 2 juni 2010 kl. 14.00-19.00
EOREISK FYSIK KH Lösningsanvisningar till tentamen i SI1161 Statistisk fysik, 6 hp, för F3 Onsdagen den juni 1 kl. 14. - 19. Examinator: Olle Edholm, tel. 5537 8168, epost oed(a)kth.se. Komplettering:
Läs merTentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3
Chalmers Institutionen för Teknisk Fysik Göran Wahnström Tentamen i FTF14 Termodynamik och statistisk mekanik för F3 Tid och plats: Onsdag 15 jan 14, kl 8.3-13.3 i Maskin -salar. Hjälpmedel: Physics Handbook,
Läs merTermodynamik Föreläsning 7 Entropi
ermodynamik Föreläsning 7 Entropi Jens Fjelstad 200 09 5 / 2 Innehåll FS 2:a upplagan (Çengel & urner) 7. 7.9 FS 3:e upplagan (Çengel, urner & Cimbala) 8. 8.9 8.3 D 6:e upplagan (Çengel & Boles) 7. 7.9
Läs merKapitel IV. Partikeltalet som termodynamisk variabel & faser
Kapitel IV Partikeltalet som termodynamisk variabel & faser Kemiska potentialen Kemiska potentialen I många system kan inte partikelantalet antas vara konstant så som vi hittills antagit Ett exempel är
Läs mer7. Inre energi, termodynamikens huvudsatser
7. Inre energi, termodynamikens huvudsatser Sedan 1800 talet har man forskat i hur energi kan överföras och omvandlas så effektivt som möjligt. Denna forskning har resulterat i ett antal begrepp som bör
Läs merTentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)
Chalmers Tekniska Högskola Institutionen för Teknisk Fysik Mats Granath Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F(FTF40) Tid och plats: Torsdag /8 008, kl. 4.00-8.00 i V-huset. Examinator: Mats
Läs mer10. Kinetisk gasteori
10. Kinetisk gasteori Alla gaser beter sig på liknande sätt. I slutet av 1800 talet utvecklades matematiska sätt att beskriva gaserna, den så kallade kinetiska gasteorin. Den grundar sig på en modell för
Läs merKap 7 entropi. Ett medium som värms får ökande entropi Ett medium som kyls förlorar entropi
Entropi Är inte så enkelt Vi kan se på det på olika sätt (mikroskopiskt, makroskopiskt, utifrån teknisk design). Det intressanta är förändringen i entropi ΔS. Men det finns en nollpunkt för entropi termodynamikens
Läs merSG1216. Termodynamik för T2
SG1216 Termodynamik för T2 Klassisk termodynamik med kompressibel strömning. rörelseenergi och arbete inom mekanik rörströmning inom strömningslära integralkalkyl inom envariabelsanalys differentialkalkyl
Läs merFöreläsning 1: Introduktion, Mikro och makrotillstånd, Multiplicitet, Entropi
Version: 16 maj 201. TFYA12, Rickard Armiento, Föreläsning 1 Föreläsning 1: Introduktion, Mikro och makrotillstånd, Multiplicitet, Entropi April 2, 201, KoK kap. 1-2 Formalia Föreläsare och kursansvarig:
Läs merCh. 2-1/2/4 Termodynamik C. Norberg, LTH
GRUNDLÄGGANDE BEGREPP System (slutet system) = en viss förutbestämd och identifierbar massa m. System Systemgräns Omgivning. Kontrollvolym (öppet system) = en volym som avgränsar ett visst område. Massa
Läs mer4 rörelsemängd. en modell för gaser. Innehåll
4 rörelsemängd. en modell för gaser. Innehåll 8 Allmänna gaslagen 4: 9 Trycket i en ideal gas 4:3 10 Gaskinetisk tolkning av temperaturen 4:6 Svar till kontrolluppgift 4:7 rörelsemängd 4:1 8 Allmänna gaslagen
Läs merTentamen - Termodynamik 4p
Tentamen - Termodynamik 4p Tid: 9.00-15.00, Torsdag 5 juni 003. Hjälpmedel: Physics Handbook, räknare 1. Betrakta en ideal gas. a) Använd kinetisk gasteori för att härleda ett samband mellan tryck, volym
Läs merX. Repetitia mater studiorum
X. Repetitia mater studiorum Termofysik, Kai Nordlund 2012 1 X.1. Termofysikens roll Den statistiska fysikens eller mekanikens uppgift är att härleda de fysikaliska egenskaperna hos makroskopiska system
Läs merX. Repetitia mater studiorum. Termofysik, Kai Nordlund
X. Repetitia mater studiorum Termofysik, Kai Nordlund 2006 1 X.1. Termofysikens roll Den statistiska fysikens eller mekanikens uppgift är att härleda de fysikaliska egenskaperna hos makroskopiska system
Läs merRepetition F4. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00
Repetition F4 VSEPR-modellen elektronarrangemang och geometrisk form Polära (dipoler) och opolära molekyler Valensbindningsteori σ-binding och π-bindning hybridisering Molekylorbitalteori F6 Gaser Materien
Läs merFöreläsning 12: Ideal gas i klassiska gränsen med inre frihetsgrader, ekvipartitionsprincipen
Föreläsning 12: Ideal gas i klassiska gränsen med frihetsgrader, ekvipartitionsprincipen April 26, 2013, KoK kap. 6 Centrala ekvationer i statistisk mekanik Mikrokanonisk ensemble (U,,N konst):p s = 1/g,
Läs merTentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)
Chalmers Tekniska Högskola Institutionen för Teknisk Fysik Mats Granath Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF14) Tid och plats: Tisdag 13/1 9, kl. 8.3-1.3 i V-huset. Examinator: Mats
Läs merRepetition F8. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00
Repetition F8 System (isolerat, slutet, öppet) Första huvudsatsen U = 0 i isolerat system U = q + w i slutet system Tryck-volymarbete w = -P ex V vid konstant yttre tryck w = 0 vid expansion mot vakuum
Läs merTermodynamik Föreläsning 4
Termodynamik Föreläsning 4 Ideala Gaser & Värmekapacitet Jens Fjelstad 2010 09 08 1 / 14 Innehåll Ideala gaser och värmekapacitet TFS 2:a upplagan (Çengel & Turner) 3.6 3.11 TFS 3:e upplagan (Çengel, Turner
Läs merTermodynamik Av grekiska θηρµǫ = värme och δυναµiς = kraft
Termodynamik Av grekiska θηρµǫ = värme och δυναµiς = kraft Termodynamik = läran om värmets natur och dess omvandling till andra energiformer (Nationalencyklopedin, band 18, Bra Böcker, Höganäs, 1995) 1
Läs merKap 3 egenskaper hos rena ämnen
Rena ämnen/substanser (pure substances) Har fix kemisk sammansättning! Exempel: N 2, luft Även en fasblandning av ett rent ämne är ett rent ämne! Blandningar av flera substanser (t.ex. olja blandat med
Läs merRäkneövning i termodynamik, hösten 2000
October 3, 000 Räkneövning i termodynamik, hösten 000 Räkneövning 1: första huvudsatsen (kapitel 1) Jan Lagerwall E-post: jpf@fy.chalmers.se 1. (1.1) Visa att det för en kvasistatisk, adiabatisk process
Läs merGamla tentafrågor, FYS022:2, Statistisk Fysik, rörande statistisk fysik och statistisk kvantfysik. P i = 1 Z exp( βe i), Z = i.
Gamla tentafrågor, FYS022:2, Statistisk Fysik, rörande statistisk fysik och statistisk kvantfysik. En typisk tentamen omfattar ca 30 poäng, varav hälften krävs för godkänt. Obs! Många deluppgifter kan
Läs merKinetisk Gasteori. Daniel Johansson January 17, 2016
Kinetisk Gasteori Daniel Johansson January 17, 2016 I kursen har vi under två lektioner diskuterat kinetisk gasteori. I princip allt som sades på dessa lektioner sammanfattas i texten nedan. 1 Lektion
Läs merTentamen i KFK080 Termodynamik kl 08-13
Tentamen i KFK080 Termodynamik 091020 kl 08-13 Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare (med tillhörande handbok), utdelat formelblad med tabellsamling. Slutsatser skall motiveras och beräkningar redovisas. För
Läs merTentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19
Tentamen i Kemisk Termodynamik 2011-06-09 kl 14-19 Hjälpmedel: Räknedosa, BETA och Formelsamling för kurserna i kemi vid KTH. Endast en uppgift per blad! Skriv namn och personnummer på varje blad! Alla
Läs merX. Repetitia mater studiorum
X. Repetitia mater studiorum X.2. Olika processer En reversibel process är en makroskopisk process som sker så långsamt i jämförelse med systemets interna relaxationstider τ att systemet i varje skede
Läs merLinköpings tekniska högskola Exempeltentamen 2 IKP/Mekaniksystem Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 2
Exempeltentamen 2 (OBS! Uppgifterna nedan gavs innan kursen delvis bytte innehåll och omfattning. Vissa uppgifter som inte längre är aktuella har därför tagits bort, vilket medför att poängsumman är
Läs merTermodynamik (repetition mm)
0:e HS, 1:a HS, 2:a HS Termodynamik (repetition mm) Definition av processer, tillstånd, tillståndsstorheter mm Innehåll och överföring av energi 1: HS öppet system 1: HS slutet system Fö 11 (TMMI44) Fö
Läs merTill alla övningar finns facit. För de övningar som är markerade med * finns dessutom lösningar som du hittar efter facit!
Övningsuppgifter Till alla övningar finns facit. För de övningar som är markerade med * finns dessutom lösningar som du hittar efter facit! 1 Man har en blandning av syrgas och vätgas i en behållare. eräkna
Läs merRäkneövning 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
Läs merTemperatur T 1K (Kelvin)
Temperatur T 1K (Kelvin) Makroskopiskt: mäts med termometer (t.ex. volymutvidgning av vätska) Mikroskopiskt: molekylers genomsnittliga kinetiska energi Temperaturskalor Celsius 1 o C: vattens fryspunkt
Läs merU = W + Q (1) Formeln (1) kan även uttryckas differentiells, d v s om man betraktar mycket liten tillförsel av energi: du = dq + dw (2)
Inre energi Begreppet energi är sannerligen ingen enkel sak att utreda. Den går helt enkelt inte att definiera med några få ord då den förekommer i så många olika former. Man talar om elenergi, rörelseenergi,
Läs merVI. Reella gaser. Viktiga målsättningar med detta kapitel. VI.1. Reella gaser
I. Reella gaser iktiga målsättningar med detta kapitel eta vad virialutvecklingen och virialkoefficienterna är Kunna beräkna första termen i konfigurationsintegralen Känna till van der Waal s gasekvation
Läs merLite kinetisk gasteori
Tryck och energi i en ideal gas Lite kinetisk gasteori Statistisk metod att beskriva en ideal gas. En enkel teoretisk modell som bygger på följande antaganden: Varje molekyl är en fri partikel. Varje molekyl
Läs merTermodynamik FL7 ENTROPI. Inequalities
Termodynamik FL7 ENTROPI Varför är den termiska verkningsgraden hos värmemaskiner begränsad? Varför uppstår den maximala verkningsgraden hos reversibla processer? Varför går en del av energin till spillvärme?
Läs merNollte huvudsatsen och temperatur. mekanisk jämvikt
Mekanisk jämvikt Betrakta två slutna gasbehållare, bägge med en kolv vid ena sidan. Kolverna är fästa i varandra: om ena kolven rör sig innåt rör sig den andra utåt Öppnar skruven så att kolvarna kan röra
Läs merKursplanen är fastställd av Naturvetenskapliga fakultetens utbildningsnämnd att gälla från och med , vårterminen 2016.
Humanistiska och teologiska fakulteterna ÄFYB23, Fysik: Grundläggande kvantmekanik, statistisk mekanik och kvantstatistik för lärare, 15 högskolepoäng Physics: Basic Quantum Mechanics, statistical mechanics
Läs merArbetet beror på vägen
VOLYMÄNDRINGSARBETE Volymändringsarbete = arbete p.g.a. normalkrafter mot ytor (tryck) vid volymändring. Beteckning: W b (eng. boundary work); per massenhet w b. δw b = F ds = P b Ads = P b dv Exempel:
Läs merRepetition F7. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00
Repetition F7 Intermolekylär växelverkan kortväga repulsion elektrostatisk växelverkan (attraktion och repulsion): jon-jon (långväga), jon-dipol, dipol-dipol medelvärdad attraktion (van der Waals): roterande
Läs merTERMODYNAMIK? materialteknik, bioteknik, biologi, meteorologi, astronomi,... Ch. 1-1 Termodynamik C. Norberg, LTH
TERMODYNAMIK? Termodynamik är den vetenskap som behandlar värme och arbete samt de tillståndsförändringar som är förknippade med dessa energiutbyten. Centrala tillståndsstorheter är temperatur, inre energi,
Läs merKapitel V. Praktiska exempel: Historien om en droppe. Baserat på material (Pisaran tarina) av Hanna Vehkamäki
Kapitel V Praktiska exempel: Historien om en droppe Baserat på material (Pisaran tarina) av Hanna Vehkamäki Kapitel V - Praktiska exempel: Historien om en droppe Partiklar i atmosfa ren Atmosfa rens sammansa
Läs merLösningar till tentamen i Kemisk termodynamik
Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik 2012-05-23 1. a Molekylerna i en ideal gas påverkar ej varandra, medan vi har ungefär samma växelverkningar mellan de olika molekylerna i en ideal blandning.
Läs merLösningar till tentamen i Kemisk termodynamik
Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik 204-08-30. a Vid dissociationen av I 2 åtgår energi för att bryta en bindning, dvs. reaktionen är endoterm H > 0. Samtidigt bildas två atomer ur en molekyl,
Läs merVad tror du ökning av entropi innebär från ett tekniskt perspektiv?
Entropi Entropi är ett mått på oordning En process går alltid mot samma eller ökande entropi. För energi gäller energins bevarande. För entropi gäller entropins ökande. Irreversibla processer innebär att
Läs mer9. Termodynamiska potentialer
9. Termodynamiska potentialer Enligt den andra grundlagen i differentialform gäller för reversibla processer Energin är en funktion av S och V de = T ds P dv (1) de = 0 för isochoriska processer (dv =
Läs merPlanering Fysik för V, ht-10, lp 2
Planering Fysik för V, ht-10, lp 2 Kurslitteratur: Häfte Experimentell metodik och föreläsningsanteckningar, Kurslaboratoriet 2010 samt Göran Jönsson: Fysik i vätskor och gaser, Teach Support 2009. markerar
Läs merKINETISK TEORI och Boltzmannekvationen
) KINETISK TEORI och Boltzmannekvationen En gas består av myriader av molekyler... En gas består av molekyler, och det som skiljer en gas från en vätska eller från en fast kropp, är att molekylerna för
Läs merTermodynamik FL4. 1:a HS ENERGIBALANS VÄRMEKAPACITET IDEALA GASER ENERGIBALANS FÖR SLUTNA SYSTEM
Termodynamik FL4 VÄRMEKAPACITET IDEALA GASER 1:a HS ENERGIBALANS ENERGIBALANS FÖR SLUTNA SYSTEM Energibalans när teckenkonventionen används: d.v.s. värme in och arbete ut är positiva; värme ut och arbete
Läs merKapitel II. Termodynamikens statistiska bas
Kapitel II Termodynamikens statistiska bas Introduktion Termodynamik vs. Statistik mekanik En gas består av ett stort antal atomer Termodynamiken beskriver gasens jämviktstillståndet med ett fåtal tillståndsvariabler
Läs meroch/eller låga temperaturer bildar de vätskor, nåt som inte händer för Dieterici-modellen, och virialexpansionen.
9. Realgaser ermodynamiska potentialer (ermo 2): Krister Henriksson 9. 9.. Introduktion Realgaser uppvisar beteende som idealgasen saknar. Speciellt vid höga tryck och/eller låga temperaturer bildar de
Läs merRäkneövning 5 hösten 2014
Termodynamiska Potentialer Räkneövning 5 hösten 214 Assistent: Christoffer Fridlund 1.12.214 1 1. Vad är skillnaden mellan partiklar som följer Bose-Einstein distributionen och Fermi-Dirac distributionen.
Läs mer14. Sambandet mellan C V och C P
14. Sambandet mellan C V och C P Vi skriver tillståndsekvationen i de alternativa formerna V = V (P, T ) och S = S(T, V ) (1) och beräknar ds och dv genom att dela upp dem i partiella derivator ds = (
Läs merPlanering Fysik för V, ht-11, lp 2
Planering Fysik för V, ht-11, lp 2 Kurslitteratur: Häfte: Experimentell metodik, Kurslaboratoriet 2011, Fysik i vätskor och gaser, Göran Jönsson, Teach Support 2010 samt föreläsningsanteckningar i Ellära,
Läs merStatistisk Termodynamik
Statistisk Termodynamik Jens Fjelstad, Marcus Berg 13 oktober 2011 Dessa anteckningar är ämnade att användas som kurslitteratur för kursdelen statistisk termodynamik i kursen EMGA70. För att göra tentauppgifterna
Läs merKursplanen är fastställd av Naturvetenskapliga fakultetens utbildningsnämnd att gälla från och med , vårterminen 2018.
Humanistiska och teologiska fakulteterna ÄFYD03, Fysik 3: Grundläggande kvantmekanik, statistisk mekanik och kvantstatistik för lärare, 15 högskolepoäng Physics 3: Basic Quantum Mechanics, Statistical
Läs merPlanering Fysik för n och BME, ht-15, lp 1 Kurslitteratur: Göran Jönsson: Fysik i vätskor och gaser, Teach Support 2010 (eller senare). Obs!
Planering Fysik för n och BME, ht-15, lp 1 Kurslitteratur: Göran Jönsson: Fysik i vätskor och gaser, Teach Support 2010 (eller senare). Obs! Säljs vid första föreläsningen. markerar mycket viktigt avsnitt,
Läs mer6. Värme, värmekapacitet, specifik värmekapacitet (s. 93 105)
6. Värme, värmekapacitet, specifik värmekapacitet (s. 93 105) Termodynamikens nollte huvudsats säger att temperaturskillnader utjämnas i isolerade system. Med andra ord strävar system efter termisk jämvikt
Läs merTERMODYNAMIK? materialteknik, bioteknik, biologi, meteorologi, astronomi,... Ch. 1-2 Termodynamik C. Norberg, LTH
TERMODYNAMIK? Termodynamik är den vetenskap som behandlar värme och arbete samt de tillståndsförändringar som är förknippade med dessa energiutbyten. Centrala tillståndsstorheter är temperatur, inre energi,
Läs merTentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk fysik för F3
Chalmers Institutionen för Teknisk Fysik Göran Wahnström Tentamen i FTF4 Termodynamik och statistisk fysik för F3 Tid och plats: Tisdag aug, kl 8.3-.3 i Väg och vatten -salar. Hjälpmedel: Physics Handbook,
Läs merArbete är ingen tillståndsstorhet!
VOLYMÄNDRINGSARBETE Volymändringsarbete = arbete p.g.a. normalkrafter mot ytor (tryck) vid volymändring. Beteckning: W b (eng. boundary work); per massenhet w b. δw b = F ds = P b Ads = P b dv Exempel:
Läs merAllmän kemi. Läromålen. Viktigt i kap 17. Kap 17 Termodynamik. Studenten skall efter att ha genomfört delkurs 1 kunna:
Allmän kemi Kap 17 Termodynamik Läromålen Studenten skall efter att ha genomfört delkurs 1 kunna: n - använda de termodynamiska begreppen entalpi, entropi och Gibbs fria energi samt redogöra för energiomvandlingar
Läs merKapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi. Spontanitet Entropi Fri energi Jämvikt
Spontanitet, Entropi, och Fri Energi 17.1 17.2 Entropi och termodynamiskens andra lag 17.3 Temperaturens inverkan på spontaniteten 17.4 17.5 17.6 och kemiska reaktioner 17.7 och inverkan av tryck 17.8
Läs merTentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19
Tentamen i Kemisk Termodynamik 2010-12-14 kl 14-19 Hjälpmedel: Räknedosa, BETA och Formelsamling för kurserna i kemi vid KTH. Endast en uppgift per blad! Skriv namn och personnummer på varje blad! Alla
Läs merKapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi
Kapitel 17 Spontanitet, Entropi, och Fri Energi Kapitel 17 Innehåll 17.1 Spontana processer och entropi 17.2 Entropi och termodynamiskens andra lag 17.3 Temperaturens inverkan på spontaniteten 17.4 Fri
Läs merLösningar till tentamen i Kemisk termodynamik
Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik 203-0-9. Sambandet mellan tryck och temperatur för jämvikt mellan fast och gasformig HCN är givet enligt: ln(p/kpa) = 9, 489 4252, 4 medan kokpunktskurvan
Läs merRepetition. Termodynamik handlar om energiomvandlingar
Repetition Termodynamik handlar om energiomvandlingar Termodynamikens första huvudsats: (Energiprincipen) Energi kan inte skapas och inte förstöras bara omvandlas från en form till en annan!! Termodynamikens
Läs merLite fakta om proteinmodeller, som deltar mycket i den här tentamen
Skriftlig deltentamen, FYTA12 Statistisk fysik, 6hp, 28 Februari 2012, kl 10.15 15.15. Tillåtna hjälpmedel: Ett a4 anteckningsblad, skrivdon. Totalt 30 poäng. För godkänt: 15 poäng. För väl godkänt: 24
Läs merVI. Reella gaser. Viktiga målsättningar med detta kapitel
VI. Reella gaser Viktiga målsättningar med detta kapitel Veta vad virialutvecklingen och virialkoefficienterna är Kunna beräkna första termen i konfigurationsintegralen Känna till van der Waal s gasekvation
Läs merPTG 2015 övning 1. Problem 1
PTG 2015 övning 1 1 Problem 1 Enligt mätningar i fortfarighetstillstånd producerar en destillationsanläggning 12,5 /s destillat innehållande 87 vikt % alkohol och 19,2 /s bottenprodukt innehållande 7 vikt
Läs merÖvningstentamen i KFK080 för B
Övningstentamen i KFK080 för B 100922 Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare (med tillhörande handbok), utdelat formelblad med tabellsamling. Slutsatser skall motiveras och beräkningar redovisas. För godkänt
Läs merEnergitekniska formler med kommentarer
Energitekniska formler med kommentarer Energiteknik del 2 Anders Bengtsson 19 januari 2011 Sammanfattning Det finns egentligen inga formler som alltid kan användas. Med en formel tänker man sig ofta en
Läs merFAFF35 Medicinsk Fysik
FAFF35 Medicinsk Fysik Lästips för Energilära och termodynamik i Energi- och miljöfysik (), del 1, ina Reistad Fluiders mekanik, K Eriksson Stenström/ Reistad edan finns en lista på innehållet i del 1
Läs merKap 5 mass- och energianalys av kontrollvolymer
Kapitel 4 handlade om slutna system! Nu: öppna system (): energi och massa kan röra sig över systemgränsen. Exempel: pumpar, munstycken, turbiner, kondensorer mm Konstantflödesmaskiner (steady-flow devices)
Läs merTermodynamik Föreläsning 1
Termodynamik Föreläsning 1 Grundläggande Begrepp Jens Fjelstad 2010 08 30 1 / 35 Klassisk Termodynamik omvandling av energi mellan olika former via värme och arbete (mekaniskt, elektriskt,...) behandlar
Läs merTermodynamik FL 2 ENERGIÖVERFÖRING VÄRME. Värme Arbete Massa (endast öppna system)
Termodynamik FL 2 ENERGIÖVERFÖRING, VÄRME, ARBETE, TERMODYNAMIKENS 1:A HUVUDSATS ENERGIBALANS FÖR SLUTNA SYSTEM ENERGIÖVERFÖRING Värme Arbete Massa (endast öppna system) Energiöverföring i ett slutet system
Läs merEXAMENSARBETE. Algodoo som ett verktyg vid undervisning av kinetisk gasteori
Algodoo som ett verktyg vid undervisning av kinetisk gasteori Stina Ostlund Handledare: Bor Gregorcic Projekt i fysik och astronomi, 15 hp VT 2018 EXAMENSARBETE Institutionen f or fysik och astronomi,
Läs merTemperaturbegrebet
http://fy.chalmers.se/~f1xjk/fysikaliskaprinciper/forel.lp1/f4%20/f4%20.html Temperaturbegrebet Vid varje fysikalisk beskrivning av något föremål eller någon händelse måste man ange vissa mätstorheter.
Läs merTentamen i Kemisk Termodynamik 2011-01-19 kl 13-18
Tentamen i Kemisk Termodynamik 2011-01-19 kl 13-18 Hjälpmedel: Räknedosa, BETA och Formelsamling för kurserna i kemi vid KTH. Endast en uppgift per blad! Skriv namn och personnummer på varje blad! Alla
Läs mer