Termodynamik Föreläsning 8 Termodynamiska Potentialer och Relationer

Relevanta dokument
Termodynamik Föreläsning 7 Entropi

Tentamen i Termodynamik CBGB3A, CKGB3A

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Kapitel III. Klassisk Termodynamik in action

Två system, bägge enskilt i termisk jämvikt med en tredje, är i jämvikt sinsemellan

David Wessman, Lund, 29 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 3. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.

Samtliga Härledningar och Bevis inom Termodynamik för T2. Tony Burden Institutionen för mekanik, KTH, Stockholm

Entropi. Det är omöjligt att överföra värme från ett "kallare" till ett "varmare" system utan att samtidigt utföra arbete.

18. Fasjämvikt Tvåfasjämvikt T 1 = T 2, P 1 = P 2. (1)

Termodynamik FL7 ENTROPI. Inequalities

Termodynamik Föreläsning 4

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Kap 12 termodynamiska tillståndsrelationer

Välkommen till kursen. Termodynamik HT- 16

Termodynamik FL4. 1:a HS ENERGIBALANS VÄRMEKAPACITET IDEALA GASER ENERGIBALANS FÖR SLUTNA SYSTEM

Teknisk termodynamik repetition

Välkommen till kursen. Termodynamik HT- 15

Kap 7 entropi. Ett medium som värms får ökande entropi Ett medium som kyls förlorar entropi

Kapitel IV. Partikeltalet som termodynamisk variabel & faser

Repetition F9. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

och/eller låga temperaturer bildar de vätskor, nåt som inte händer för Dieterici-modellen, och virialexpansionen.

Lösningsanvisningar till tentamen i SI1161 Statistisk fysik, 6 hp, för F3 Onsdagen den 2 juni 2010 kl

7. Inre energi, termodynamikens huvudsatser

Hur förändras den ideala gasens inre energi? Beräkna också q. (3p)

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Termodynamik och inledande statistisk fysik

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Innehållsförteckning. I. Introduktion och första grundlagen I.1. Överblick och motivation

12.6 Heat equation, Wave equation

Föreläsning 14: Termodynamiska processer, värmemaskiner: motor, kylskåp och värmepump; verkningsgrad, Carnot-cykeln.

Föreläsning 3: Termodynamik, Tillståndsfunktioner, Differentialer, Värmekapacitet

Vad tror du ökning av entropi innebär från ett tekniskt perspektiv?

Applicera 1:a H.S. på det kombinerade systemet:

Kurskod: TAMS28 MATEMATISK STATISTIK Provkod: TEN1 05 June 2017, 14:00-18:00. English Version

Arbete är ingen tillståndsstorhet!

T1. Behållare med varmt vatten placerat i ett rum. = m T T

Termodynamik Föreläsning 3

Exempelsamling :: Vektorintro V0.95

Module 6: Integrals and applications

Kap 11 kylcykler. 2-fas. ånga

Termodynamik FL3. Fasomvandlingsprocesser. FASER hos ENHETLIGA ÄMNEN. FASEGENSKAPER hos ENHETLIGA ÄMNEN. Exempel: Koka vatten under konstant tryck:

Isometries of the plane

Lösningsförslag. Tentamen i KE1160 Termodynamik den 13 januari 2015 kl Ulf Gedde - Magnus Bergström - Per Alvfors

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

F ξ (x) = f(y, x)dydx = 1. We say that a random variable ξ has a distribution F (x), if. F (x) =

David Wessman, Lund, 30 oktober 2014 Statistisk Termodynamik - Kapitel 5. Sammanfattning av Gunnar Ohléns bok Statistisk Termodynamik.

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

y + 1 y + x 1 = 2x 1 z 1 dy = ln z 1 = x 2 + c z 1 = e x2 +c z 1 = Ce x2 z = Ce x Bestäm den allmänna lösningen till differentialekvationen

Arbetet beror på vägen

Studieanvisningar i statistisk fysik (SI1161) för F3

Kurskod: TAMS11 Provkod: TENB 07 April 2015, 14:00-18:00. English Version

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk fysik för F3

Examples on Analog Transmission

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Föreläsning 2.3. Fysikaliska reaktioner. Kemi och biokemi för K, Kf och Bt S = k lnw

Allmän kemi. Läromålen. Viktigt i kap 17. Kap 17 Termodynamik. Studenten skall efter att ha genomfört delkurs 1 kunna:

1. Antag att g är en inverterbar funktion definierad på intervallet [0, 4] och att f(x) = g(2x).

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Teknisk termodynamik repetition

Tentamen i Termodynamik Q, F, MNP samt Värmelära för kursen Värmelära och Miljöfysik 20/8 2002

Tentamen i kemisk termodynamik den 17 januari 2014, kl

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

X. Repetitia mater studiorum

X. Repetitia mater studiorum. Termofysik, Kai Nordlund

Repetition. Termodynamik handlar om energiomvandlingar

Tentamen i Matematik 3: M0031M.

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi. Spontanitet Entropi Fri energi Jämvikt

Vågfysik. Vilka typer av vågor finns det? Fortskridande vågor. Mekaniska vågor Elektromagnetiska vågor Materievågor

Föreläsning 12: Ideal gas i klassiska gränsen med inre frihetsgrader, ekvipartitionsprincipen

R AKNE OVNING VECKA 1 David Heintz, 31 oktober 2002

English Version. 1 x 4x 3 dx = 0.8. = P (N(0, 1) < 3.47) = =

Kapitel V. Praktiska exempel: Historien om en droppe. Baserat på material (Pisaran tarina) av Hanna Vehkamäki

x 2 2(x + 2), f(x) = by utilizing the guidance given by asymptotes and stationary points. γ : 8xy x 2 y 3 = 12 x + 3

Repetition F8. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM2 (KVM091 och KVM090) kl

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Parametriska kurvor: Parametriska ytor

TNA004 Analys II Tentamen Lösningsskisser

SG1216. Termodynamik för T2

Lösningar till Tentamen i Reglerteknik AK EL1000/EL1100/EL

2(x + 1) x f(x) = 3. Find the area of the surface generated by rotating the curve. y = x 3, 0 x 1,

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Kap 4 energianalys av slutna system

X. Repetitia mater studiorum

MEKANIK KTH Forslag till losningar till Sluttentamen i 5C1201 Stromningslara och termodynamik for T2 den 30 augusti Stromfunktionen for den ho

Repetition F7. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Tentamen i kemisk termodynamik den 12 juni 2012 kl till (Salarna L41, L51 och L52)

Lektion 3. Partiella derivator, differentierbarhet och tangentplan till en yta, normalen i en punkt till en yta, kedjeregeln

The Finite Element Method, FHL064

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 18 augusti 2011, Svar och lösningsförslag

Tentamen del 2 SF1511, , kl , Numeriska metoder och grundläggande programmering

English Version. Number of sold cakes Number of days

Kurskod: TAMS11 Provkod: TENB 28 August 2014, 08:00-12:00. English Version

Fuktiga området, överhettad ånga,gas MTF 090

Termodynamik (repetition mm)

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2, Kf2 och TM (KVM091 och KVM090) kl och lösningsförslag

Kurskod: TAMS11 Provkod: TENB 12 January 2015, 08:00-12:00. English Version

Transkript:

ermodynamik Föreläsning 8 ermodynamiska otentialer och Relationer Jens Fjelstad 2010 09 29 1 / 19 Innehåll D 6:e upplagan (Çengel & Boles) Kapitel 12 2 / 19

Förra föreläsningen För en liten process med förändringar ds och d i (specifik) entropi resp. olym: du ds d Gibbs 1:a relation För en liten process med förändringar ds och d i specifik entropi resp. tryck: dh ds + d Gibbs 2:a relation Kan i hitta fler relationer mellan förändringar i egenskaper? 3 / 19 ermodynamiska otentialer Redan introducerade: inre energi U (1J), specifik:u (1J/kg) entalpi H U + V (1J), specifik: h u + (1J/kg) entropi S (1J/K), specifik: s (1J/kgK) Nya: Helmholtz fria energi: A U S (1J) Gibbs fria energi: a u s (1J/kg) G H S A + V (1J) g h s a + (J/kg) Landaus fria energi: Ξ A µn 4 / 19

Differentialer och artiella Deriator f (x) f (x) funktion a en ariabel förandring i f då i går från x till x + dx: df f (x + dx) f (x) df dx dx df : differentialen a f df dx x Hur beskrier i motsarande relation för en funktion a flera ariabler? 5 / 19 Differentialer och artiella Deriator forts. f (x, y) f (x, y) x till x + dx id fix y: df df f (x+dx, y) f (x, y) f y x dx «f f x x y f (x + x, y) f (x, y) lim x 0 x id förflyttning (x, y) (x + dx, y + dy): df f ««f f f dx + x y dy dx + x y (totala) differentialen a f 6 / 19 y x dy df dy dx dx x

Differentialer och artiella Deriator forts. Fundamentala egenskapen hos partiella deriator: 2 f x y 2 f y x När är en infinitesimal storhet δ Mdx + Ndy en differential, ds när existerar en funktion f (x, y) sådan att δ df? om och endast om M y N x ( integrabilitetsillkor ) då gäller M f x, N f y Om f en funktion och df Mdx + Ndy så gäller 7 / 19 M y N x, M f x, N f y Differentialer och artiella Deriator forts. För funktion z(x, y) ( x(y, z), y(x, z) där ingen partiell deriata är 0) isar man äen (se kap. 12): x z 1 ( ) x ( 1 z z z ) x y x x y y z ( z x x 1 y ) z ( ) y z x y ( z x ) y 1 Där dessa relationer anänds kräs att z(x, y) är monotona, gäller ofta men inte alltid i termodynamik 8 / 19

Differentialer Konsekenser i D Gibbs relationer a typen df Mdx + Ndy, där x, y, f egenskaper (tillståndsfunktioner) Vi har isat M f x, N f y Exempel: Gibbs 1:a relation: älj s s(u, ) och det följer: ds 1 du + d 1 s u s u u Kan skria ner många andra samband a samma typ 9 / 19 Fler Gibbs relationer Utgå från u ds d Gibbs 1:a dh ds + d Gibbs 2:a Helmholtz fria energi: a u s Gibbs 1:a & d(s) ds + sd ger da sd d Gibbs 3:e Gibbs fria energi: g h s Gibbs 2:a ger p.s.s. dg sd + d, Gibbs 4:e 10 / 19

Maxwells Relationer Samband a typen df Mdx + Ndy medför M y Exempel: Gibbs 1:a du ds d i ser u som beroende a s och, ilket ger Maxwells relation a typen ( ) s ( ) s N x Fler Maxwells relationer följer från öriga Gibbs relationer samt egenskaper hos partiella deriator: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) s s,, s s 11 / 19 Konsekenser och illämpningar,, direkt mätbara, i stort alla andra egenskaper ej direkt mätbara Maxwells relationer ger relationer mellan mätbara och ej direkt mätbara egenskaper Antal möjliga relationer äldigt stort omöjligt lära sig arje potentiellt sett anändbar relation måste lära sig hur dylika relationer härleds 12 / 19

Çengel Boles: hermodynamics: An Engineering Approach, Sixth Edition 12. hermodynamic roperty Relations ext he McGraw Hill 9 Companies, 2008 Exempel: Clapeyrons Ekation olume. hat is, sat f ( sat ). herefore, the partial deriatie ( / ) can be expressed as a total deriatie (d/d ) sat, which is the slope of the saturation cure on a - diagram at a specified saturation state (Fig. 12 9). Gerhis entalpiförändring slope is independent of the specific i fasomandling olume, and thus it can be treated as a constant during the integration of Eq. 12 18 between two saturation Betrakta states at the system same temperature. i öergång For an isothermal mellan liquid apor faser phase-change process, for example, the integration yields sat sat (( sat ) ( ) s Maxwell: d ( ) s g s f a d (12 20) d b 1 g f 2 sat sat s or d sat för isoterm ( aisobar) d s fg process 1 2: s (12 21) d b sat During this process the pressure also remains constant. herefore, from Eq. 12 11, ds FIGURE d, d sat 12 9 ds d sat d s 2 s 1 d sat 0 g ( 2 1 ) d sat dh ds S h fg s fg d sat dh ds d S g Substituting this result into Eq. 12 21, we obtain Gibbs 2, d 0: dh ds h 2 h 1 (s 2 s 1 ) a d (12 22) d( b h fg sat ) fg d h which is called the Clapeyron equation after the French engineer and physicist E. Clapeyron (1799 1864). his is an important thermodynamic d 13 / 19 sat relation since it enables us to determine the enthalpy of aporization h fg at a gien temperature by simply measuring the slope of the saturation cure on a - diagram and the specific olume of saturated liquid and saturated apor at the gien temperature. he Clapeyron equation is applicable to any phase-change process that occurs at constant temperature and pressure. It can be expressed in a general form as a d d b h 12 sat 12 where the subscripts 1 and 2 indicate the two phases. EXAMLE 12 5 fg f Ealuating the h fg of a Substance from the -- Data f (12 23) Using the Clapeyron equation, estimate the alue of the enthalpy of aporization of refrigerant-134a at 20 C, and compare it with the tabulated alue. Solution he h fg of refrigerant-134a is to be determined using the Clapeyron equation. Analysis From Eq. 12 22, SOLID Exempel: Clausius Clapeyrons Ekation Clapeyrons ek. tillämpad på ätska gas öergång Antag g >> f h fg konstant g R / h fg fg a d d b sat Leder till Clausius Clapeyrons ekation: ln 2 h ( fg 1 1 ) 1 sat R 1 2 Bestämmer sat ( sat ) Chapter 12 677 LIQUID VAOR ( ) const. sat konst., ds d sat he slope of the saturation cure on a - diagram is constant at a constant or. sat 14 / 19

u u(, ): du d + }{{} c Gibbs du ds d: du c d + d c d + ( ) d d u u(, ): s s(, ): ds Gibbs du ds d: du c d + du c d + d ( ) ( ) s s d + ( ) d d

u u(, ): s s(, ): ds Gibbs du ds d: du du c d + d ( ) ( ) s s d + du c d + d + ( ) d d d u u(, ): Gibbs du ds d: c, du c d + d du c d + ( ) d

u u(, ): Gibbs du ds d: c, Maxwell: du c d + du c d + ( ) ( ) d d u u(, ): Gibbs du ds d: c, Maxwell: du c d + du c d + ( ) ( ) d d

u u(, ): Gibbs du ds d: c, du c d + d u 2 u 1 du c d + 2 1 ( ) c 2 d + 1 d ( ) d Allmäna Förändringar i Entalpi och Entropi h 2 h 1 2 1 c 2 d + 1 ( ) d s 2 s 1 s 2 s 1 2 1 2 1 c 2 ( ) d + d 1 c 2 ( ) d d 1 16 / 19

Läs Själ Värmekapaciteter (äen workshop) förändringar i u, h, s i erkliga gaser Joule homson koefficienten i isentalp process ( throttling ) 17 / 19 Öppna System Välj antalet mikroskopiska frihetsgrader, N, som ytterligare egenskap, ex: U(, V, N), H(,, N), etc. Gibbs relationer modifieras, ex: µ: Kemisk otential du ds dv + µdn 18 / 19

Betydelsen a otential & Fri Energi Jämför potentiell energi i mekanik: jämikt där potential har ett minimum Ett isolerat system är i jämikt när entropin har ett maximum Ett slutet system med fix V och är i jämikt när A (Helmholtz fria energi) minimerad A anger maximalt arbete som kan uträttas a systemet Ett slutet system med fix och i jämikt då G (Gibbs fria energi) minimerad G anger maximal mängd icke mekaniskt arbete som kan uträttas a systemet rocesser sker spontant i riktning mot minskad fri energi (2:a Huudsatsen) 19 / 19