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

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

Termodynamik Föreläsning 7 Entropi

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

Termodynamik FL7 ENTROPI. Inequalities

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

Lite kinetisk gasteori

Arbete är ingen tillståndsstorhet!

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

Kap 4 energianalys av slutna system

Kapitel III. Klassisk Termodynamik in action

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

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

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

Isentropisk verkningsgrad hos turbiner, pumpar, kompressorer och dysor

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

Teknisk termodynamik repetition

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

Kapitel 17. Spontanitet, Entropi, och Fri Energi

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

Termodynamik (repetition mm)

Arbetet beror på vägen

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Termodynamik Föreläsning 2 Värme, Arbete, och 1:a Huvudsatsen

SG1216. Termodynamik för T2

OMÖJLIGA PROCESSER. 1:a HS: Q = W Q = Q out < 0 W = W net,out > 0

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

Kap 5 mass- och energianalys av kontrollvolymer

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

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

Kap 6 termodynamikens 2:a lag

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527)

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

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

MMVA01 Termodynamik med strömningslära

MMVA01 Termodynamik med strömningslära

Termodynamik Föreläsning 6 Termodynamikens 2:a Huvudsats

Termodynamik Föreläsning 4

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

U = W + Q (1) Formeln (1) kan även uttryckas differentiells, d v s om man betraktar mycket liten tillförsel av energi: du = dq + dw (2)

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

Termodynamik FL6 TERMISKA RESERVOARER TERMODYNAMIKENS 2:A HUVUDSATS INTRODUCTION. Processer sker i en viss riktning, och inte i motsatt riktning.

Teknisk termodynamik repetition

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Termodynamik och inledande statistisk fysik

Tentamen i KFK080 Termodynamik kl 08-13

7. Inre energi, termodynamikens huvudsatser

Betygstentamen, SG1216 Termodynamik för T2 25 maj 2010, kl. 9:00-13:00

Kemi och energi. Exoterma och endoterma reaktioner

Motorer och kylskåp. Repetition: De tre tillstånden. Värmeöverföring. Fysiken bakom motorer och kylskåp - Termodynamik. Värmeöverföring genom ledning

ÅNGCYKEL CARNOT. Modifieras lämpligen så att all ånga får kondensera till vätska. Kompressionen kan då utföras med en enkel matarvattenpump.

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

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

Studieanvisningar i statistisk fysik (SI1161) för F3

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

3. En konvergerande-divergerande dysa har en minsta sektion på 6,25 cm 2 och en utloppssektion

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

Mer om kretsprocesser

Kapitel IV. Partikeltalet som termodynamisk variabel & faser

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

Kapitel I. Introduktion och första grundlagen

Kap 10 ångcykler: processer i 2-fasområdet

Kap 9 kretsprocesser med gas som medium

Övningstentamen i KFK080 för B

Repetition. Termodynamik handlar om energiomvandlingar

Tentamen i Termodynamik CBGB3A, CKGB3A

Kapitel I. Introduktion och första grundlagen. Kursmaterialet: Jens Pomoell 2011, Mikael Ehn

TERMODYNAMIK? materialteknik, bioteknik, biologi, meteorologi, astronomi,... Ch. 1-2 Termodynamik C. Norberg, LTH

TERMODYNAMIK? materialteknik, bioteknik, biologi, meteorologi, astronomi,... Ch. 1-1 Termodynamik C. Norberg, LTH

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 2 IKP/Mekaniksystem Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 2

9. Termodynamiska potentialer

EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 7 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 7. strömningslära, miniräknare.

Termo T konc. Tony Burden Institutionen för mekanik, KTH, Stockholm. Version 5.2 mars 2010

Godkänt-del A (uppgift 1 10) Endast svar krävs, svara direkt på provbladet.

5C1201 Strömningslära och termodynamik

Om trycket hålls konstant och temperaturen höjs kommer molekylerna till slut att bryta sig ur detta mönster (sublimation eller smältning).

Kretsprocesser. För att se hur långt man skulle kunna komma med en god konstruktion skall vi ändå härleda verkningsgraden i några enkla fall.

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Föreläsning i termodynamik 28 september 2011 Lars Nilsson

MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

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

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 8 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 8. strömningslära, miniräknare.

MITTHÖGSKOLAN, Härnösand

Omtentamen i teknisk termodynamik (1FA527) för F3,

PTG 2015 övning 1. Problem 1

Termodynamik. Dr Mikael Höök,

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

Tentamen - Termodynamik 4p

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Ch. 2-1/2/4 Termodynamik C. Norberg, LTH

TENTAMEN I TERMODYNAMIK för K2 och Kf2 (KVM090) kl i V

Tentamen i termodynamik. 7,5 högskolepoäng. Tentamen ges för: Årskurs 1. Namn: (Ifylles av student) Personnummer: (Ifylles av student)

Termo T konc. Tony Burden Institutionen för mekanik, KTH, Stockholm. Version 5.0 mars 2008

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

Övningsuppgifter termodynamik ,0 kg H 2 O av 40 C skall värmas till 100 C. Beräkna erforderlig värmemängd.

ARBETSGIVANDE GASCYKLER

III. Klassisk termodynamik. Termofysik, Kai Nordlund

Transkript:

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 3:e lag: Ett kristallint material vid absoluta nollpunkten är i perfekt ordning och har noll entropi Ett medium som värms får ökande entropi Ett medium som kyls förlorar entropi

Entropi enligt Boltzmann Entropin är ett mått på molekylär oordning. Entropin i ett system relateras till antalet möjliga mikroskopiska tillstånd = termodynamiska sannolikheten, p. Boltzmanns relation: Boltzmanns konstant: Boltzmanns grav i Wien.

Definition av entropi, S reversibla system Från Beckmans text kom vi fram till en definition av entropi för det reversibla fallet: Entropiförändringen är relaterad till värmeöverföringen och temperaturen under processen! ΔS beror bara på start och sluttillstånden, ej på vägen! Definitionen gäller den reversibla processen!

Internt reversibel isoterm process ( = 0 = konstant) Observera att ΔS kan vara positiv eller negativ beroende på i vilken riktning värmen flödar! Q och ΔS > 0 om värme tillförs, dvs entropin ökar vid uppvärmning Q och ΔS < 0 om värme bortförs. Nedkylning är enda sättet ett system kan minska entropin!

Vad händer om systemet inte är reversibelt? Det reversibla fallet motsvarar det minsta möjliga värdet på entropiöverföring: För irreversibla processer gäller alltså: ds Q > eller allmänt: ds Q Vi kan uttrycka det som: Q ΔSsys = S S 44 43 4 entropiförändring { entropiöverföring _ via _ värme Slutsats: entropiförändringen hos ett slutet system är alltid lika med eller större än entropiöverföringen via värme!

Principen om ökande entropi Entropiförändring orsakas av värmeöverföring och irreversibeliteter. Man kan säga att irreversibeliteter skapar (genererar) entropi: Storleken på S gen är ett mått på hur irreversibel en process är! Observera att en reversibel process kan ha ΔS 0 pga väremöverföring och en adiabatisk process (dq = 0) kan också ha ΔS 0 pga irreversibeliteter!

Principen om ökande entropi, forts. Kap 7 entropi Kan man på ett enkelt sätt förstå att reaktioner sker i riktning mot ökad entropi? Den spontana reaktionen är att koppen svalnar då värmen Q avges: = 80 C Q = 0 C Q ds Q Q > > > S S Entropin ökar!

Definition av termodynamikens :a lag Ett isolerat system: ingen värmeöverföring över systemgränsen (Q=0). Den totala entropin för ett isolerat system under en process, ökar alltid eller förblir konstant (reversibel process). Kan skrivas som: S gen N = ΔStotal = ΔS i= i 0

Entropiförändring hos en ren substans Entropiförändring hos en ren substans Entropi fixeras av ett systems tillstånd och bestäms ur tillståndstabeller Konstant volym kurvor brantare än konstant tryck kurvor.

Isentropa processer = konstant entropi En internt reversibel adiabatisk process är isentrop, dvs s =s. Isentrop process i s diagrammet

Isentropa processer = konstant entropi Många tekniska maskiner som pumpar, turbiner och munstycken arbetar i princip adiabatiskt (ingen värmeöverföring). Man strävar efter så små irreversibeliteter som möjligt och därför kan många verkliga maskiner approximeras som isentropa. I termodynamiska problemformuleringar står ofta isentrop process vilket då betyder internt reversibel adiabatisk process

illståndsdiagram med entropi: s diagrammet => Dvs arean under processkurvan i s diagrammet representerar värmeöverföringen. Isentrop process har Q = 0, dvs ingen area! Inneslutna arean i s diagrammet = nettoarbetet = Q in Q ut.

Carnotcykeln (värmemotor) i s diagram : Reversibel isoterm expansion 3: Reversibel adiabatisk expansion = isentrop 3 4: Reversibel isoterm kompression 4 : Reversibel adiabatisk kompression = isentrop

illståndsdiagram med entropi: hs diagram = Mollier diagram Kap 7 entropi Entalpi entropi diagram: För adiabatiska konstant flödesmaskiner är Δhett mått på uträttat arbete och Δs ett mått på irreversibiliteter w t = q + h h + w w + g ( z z )

Mollier diagram Användbart för bl.a. ångkrafttillämpningar då man kan slå upp entalpin (h) och sedan avläsa t.ex. P, och x efter en isentrop process.

ds relationerna Energiekvationen: Definition entropi: Definition volymändringsarbete: illsammans: Eller: Men: Vilket ger: δq δw = du int rev δw int rev, out δq int rev int rev, out = ds = PdV ds P dv = du

ds relationerna, forts. Detta kallas för de två första dsrealtionerna eller Gibbs ekvationer. De gäller för både reversibla och irreversibla processer eftersom entropi är en tillståndsstorhet som inte beror av vägen mellan tillstånden. Ofta använder man tabeller för att hitta entropiskillnaden, men när man vet du/ och en tillståndsekvation som relaterar P och v kan man beräkna entropiskillnad.

Entropiförändringar hos fasta kroppar och vätskor Kap 7 entropi Vi approximerar vätskor och fasta kroppar som inkompressibla, dvs dv=0. du Pdv ds = + = Enligt definitionen: c du v u du = vilket här är lika med: cv = cp = c = δ d v du ds = cd c( ) s s = d c ln = dvs avg Detta gäller för små temperaturintervall där vi kan approximera ett linjärt c().

Entropiförändringar hos fasta kroppar och vätskor, forts. Isentropa processer hos fasta kroppar och vätskor. Vad gäller då? Kap 7 entropi c( ) s = s d cavg ln

Entropiförändringar hos fasta kroppar och vätskor, forts. Isentropa processer hos fasta kroppar och vätskor. Vad gäller då? Kap 7 entropi c( ) s = s d cavg ln s s = 0 cavg ln = 0 = Isentropa processer hos fasta kroppar och vätskor (helt inkompressibla) innebär alltså att temperaturen är konstant! I detta fall: isentrop => isoterm

Entropiförändringar hos en ideal gas För ideala gaser har vi tillståndsekvationen Pv = R => P = R/v du För ideala gaser gäller cv = du = cvd d Insättes i Gibbs första ekvation: Vilket ger: cv d ds = + Rdv v Integrerat får vi för entropiförändringen: v Kap 7 entropi c v( ) d s s = + R ln v v

På samma sätt för andra ds relationen För ideala gaser har vi tillståndsekvationen Pv = R => v= R/P För ideala gaser gäller Insättes i ekvation: Vilket ger: ds = c p d dh cp = dh = d RdP P Integrerat får vi för entropiförändringen: p c p d Kap 7 entropi cp( ) d s s = R ln P P

Att beräkna entropiförändringen hos en ideal gas Ofta vet vi inte temperaturberoendena c v () och c p (). Det vanligaste är att man antar ett linjärt beroende och räknar med ett konstant värde som motsvarar c p eller c v vid medeltemperaturen. Funkar bra för små temperaturförändringar och ger: = ln ) ( P P R d c s s p + = ln ) ( v v R d c s s v