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

Relevanta dokument
Termodynamik Föreläsning 4

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Termodynamik FL7 ENTROPI. Inequalities

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

Arbete är ingen tillståndsstorhet!

Kap 3 egenskaper hos rena ämnen

Kap 4 energianalys av slutna system

Arbetet beror på vägen

Termodynamik FL 2 ENERGIÖVERFÖRING VÄRME. Värme Arbete Massa (endast öppna system)

Idealgasens begränsningar märks bäst vid högt tryck då molekyler växelverkar mera eller går över i vätskeform.

Lite kinetisk gasteori

Termodynamik (repetition mm)

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

KEMISK TERMODYNAMIK. Lab 1, Datorlaboration APRIL 10, 2016

Repetition F4. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Termodynamik FL1. Energi SYSTEM. Grundläggande begrepp. Energi. Energi kan lagras. Energi kan omvandlas från en form till en annan.

Repetition. Termodynamik handlar om energiomvandlingar

EGENSKAPER FÖR ENHETLIGA ÄMNEN

Kapitel 5. Gaser. är kompressibel, är helt löslig i andra gaser, upptar jämt fördelat volymen av en behållare, och utövar tryck på sin omgivning.

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Flytande fas Gasfas

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

Gaser: ett av tre aggregationstillstånd hos ämnen. Fast fas Flytande fas Gasfas

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 13-18

Termodynamik Föreläsning 3

Godkänt-del. Hypotetisk tentamen för Termodynamik och ytkemi, KFKA10

Termodynamik FL5. Konserveringslag för materie. Massflöde (Mass Flow Rate) MASSABALANS och ENERGIBALANS I ÖPPNA SYSTEM. Massflöde:

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

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

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

10. Kinetisk gasteori

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

Termodynamik Av grekiska θηρµǫ = värme och δυναµiς = kraft

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

2-52: Blodtrycket är övertryck (gage pressure).

SG1216. Termodynamik för T2

Kinetisk Gasteori. Daniel Johansson January 17, 2016

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

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

Övningstentamen i KFK080 för B

Tentamen i teknisk termodynamik (1FA527)

Tentamen i KFK080 Termodynamik kl 08-13

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

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

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

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

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

PTG 2015 övning 3. Problem 1

4 rörelsemängd. en modell för gaser. Innehåll

Temperatur T 1K (Kelvin)

Bestäm brombutans normala kokpunkt samt beräkna förångningsentalpin H vap och förångningsentropin

PTG 2015 övning 1. Problem 1

Till alla övningar finns facit. För de övningar som är markerade med * finns dessutom lösningar som du hittar efter facit!

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

LABORATION 2 TERMODYNAMIK BESTÄMNING AV C p /C v

Kap 5 mass- och energianalys av kontrollvolymer

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

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

@

Räkneövning 2 hösten 2014

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

VI. Reella gaser. Viktiga målsättningar med detta kapitel. VI.1. Reella gaser

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

Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

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

Tentamen i Kemisk Termodynamik kl 14-19

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3

Termodynamik och inledande statistisk fysik

Tentamen i FTF140 Termodynamik och statistisk mekanik för F3

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

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

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

Sammanfattning av räkneövning 1 i Ingenjörsmetodik för ME1 och IT1. SI-enheter (MKSA)

Tentamen KFKA05 och nya KFK080,

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

Tentamen i Kemisk termodynamik kl 8-13

Laboration 2, Materials Termodynamik

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

Planering Fysik för V, ht-10, lp 2

Kapitel 6. Termokemi

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Kapitel 3. Standardatmosfären

TENTAMEN I ENERGITEKNIK OCH MILJÖ (KVM033) för K2 och Kf2 i V-huset.

Då du skall lösa kemiska problem av den typ som kommer nedan är det praktiskt att ha en lösningsmetod som man kan använda till alla problem.

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

Energi- och processtekniker EPP14

Vätskors volymökning

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

Linnéuniversitetet Institutionen för fysik och elektroteknik

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

Kommentar: i boken gillar de kmol och kj, så var försiktig! Det är alltid OK att jobba med SI-grundenheter om man vill, så att kj/kmol = J/mol.

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)

Linköpings tekniska högskola Exempeltentamen 6 IEI / Mekanisk värmeteori och strömningslära. Exempeltentamen 6. strömningslära, miniräknare.

Termodynamik Föreläsning 1

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

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

Kapitel 6. Termokemi

Energitekniska formler med kommentarer

Transkript:

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 in är negativa. 1

Kretsprocess E = 0 W = Q Exempel: Kylskåp, Värmepump (se senare del i kursen) VERKNINGSGRAD FÖR ENERGIOMVANDLINGEN Verkningsgrad (efficiency) antyder hur väl en energiomvandling eller överföring har lyckats. VÄRMEKAPACITET (specific heat) (Specifik) värmekapacitet vid konstant volym, c v : Energin som krävs för att öka temperaturen av en massaenhet (1 kg) av ett ämne med en grad medan volymen är konstant. (Specifik) värmekapacitet vid konstant tryck, c p : Energin som krävs för att öka temperaturen av en massaenhet (1 kg) av ett ämne med en grad medan trycket är konstant. Ett ämnes värmekapacitet beror på temperaturen. 2

Formella definitioner av c v och c p : Ekvationerna gäller för alla ämnen som genomgår en process, vilken som helst. c v och c p är tillståndsfunktioner. c v är relaterad till förändringar i inre energi U och c p till förändringar i entalpi H. En vanlig enhet för värmekapacitet är kj/kg. C eller kj/kg.k. Molar värmekapacitet har enheter kj/kmol.k. Vatten har värmekapacitet 4,18 kj/(kg K) (1 kalori per gram per grad) i flytande form och ungefär hälften i fast tillstånd. IDEAL GAS Inga krafter mellan partiklarna Punktformiga partiklar Uppfyller allmänna gaslagen ALLMÄNNA GASLAGEN Tillståndsekvation (equation of state): En ekvation som anger relationen mellan tillståndsfunktionerna tryck, temperatur och specifik volym av ett ämne. Den enklaste tillståndsekvationen för ämnen i gasfas är: Allmänna gaslagen (Ideal gas equation of state) Gaskonstanten: R: gaskonstant M: molmassa (kg/kmol) R u : universella gaskonstanten R u = Gaskonstanten R beror på ämnet. Universella gaskonstanten R u inte. 3

Massa = Molmassa substansmängd (# mol) Olika uttryck för den allmänna gaslagen Molar specifik volym Allmänna gaslagen för fix massa. Är vattenånga en ideal gas? Vid P < 10 kpa, vattenånga kan betraktas som ideal gas, oberoende av dess temperatur. (fel < 0.1 %). Vid höga tryck blir avvikelsen från ideal gas beteende stora, speciellt i närheten av kritiska punkten och mättnadskurvan. Grafen anger det procentuella felet ([ v table - v ideal /v table ] 100) när ånga betraktas som ideal gas. Området där felet är < 1% är infärgat. Z-FAKTOR Z-faktor (compressibility factor), Z: en faktor som redogör för avvikelsen från ideal gas beteende vid en given temp och tryck. Gaser beter sig som ideala gaser vid låga densiteter, (d.v.s. låg tryck, hög temperatur, med avseende på den kritiska punkten). Normalisering: Reducerat tryck Reducerad temperatur psevdo-reducerad specifik volym 4

Kompressibilitetsdiagram Z faktorer för olika gaser. Gaser beter sig annorlunda vid givna T och P, men de beter sig ungefär samma vid T och P normaliserade med avseende på T CR och P CR. Z-värden ungefär samma för alla gaser vid samma T R och P R! = Principle of corresponding states. INRE ENERGi, ENTALPI, och VÄRMEKAPACITET för en IDEAL GAS Joule visade experimentellt att u=u(t) för ideal gaser. Inre energi- and entalpiändring för en ideal gas: För ideala gaser beror även c v och c p endast på temperatur. u och h värden finns i tabeller för ett antal gaser. För dessa tabellvärden är tillstånd 1 i integralen referenstillståndet. Specifik värmekapacitet för icke-ideala gaser vid låga tryck, c p0 and c v0, kallas för ideal gas värmekapacitet, eller noll tryck värmekapacitet. De beror endast på temperatur. Observationer: - Ädelgaser: oberoende av temp. - Komplexa molekyler högre C p. - Inom smala temperaturintervaller: nära till linjärt. 5

Approximation: C v,avg antas vara konstant. (kj/kg) Inom smala temperaturintervaller beror värmekapaciteten nästan linjärt på temperatur Relationen u = c v T gäller för alla sorters processer, konstant-volym eller inte. Tre sätt att beräkna u och h 1. Använd tabellvärden för u och h. Det är det enklaste sättet, när tabellvärden finns. 2. Använd c v (T) eller c p (T) relationerna och utför integreringen. Väldigt exakta resultat. Bra för datorberäkningar. 3. Använd de viktade medelvärden C avg för värmekapaciteten. Mycket enkelt och smidigt när inga tabeller finns. Ganska noggranna resultat, om temperaturintervallet är inte för stort. 6

VÄRMEKAPACITETSRELATIONER FÖR IDEALA GASER Relation mellan c p, c v och R dh = c p dt du = c v dt Molar värmekapcitet: Värmekapacitetskvot k varierar något med temperatur. För monatomära gaser (helium, argon, etc.) är k = 1.667 (nästan konstant). För diatomära gaser (och luft) är k ungefär 1.4 vid rumstemperatur. INRE ENERGi, ENTALPI, och VÄRMEKAPACITET för FASTA ÄMNEN och VÄTSKOR Icke-komprimerbart ämne: ett ämne med konstant specifik volym (eller densitet). Fasta och flytande ämnen är icke-komprimerbara. c v och c p värden är identiska och noteras som c. Inre energiändringar FASTA ÄMNEN och VÄTSKOR Enhalpiändringar 7

ANDRA TILLSTÅNDSEKVATIONER Van der Waals Beattie-Bridgeman Benedict-Webb-Rubin Virial Denna model tar hänsyn till två nya effekter (som försummas i ideal-gas modellen): intermolekylär attraktion molekylenas egna volym Summary Energy balance for closed systems Energy balance for a constant-pressure expansion or compression process Specific heats Constant-pressure specific heat, c p Constant-volume specific heat, c v The ideal gas equation of state Is water vapor an ideal gas? Compressibility factor Z Internal energy, enthalpy, and specific heats of ideal gases Specific heat relations of ideal gases Internal energy, enthalpy, and specific heats of incompressible substances (solids and liquids) Other equations of state 8