Ćwiczenia do wykładu Fizyka Statystyczna i Termodynamika

Podobne dokumenty
TERMODYNAMIKA TECHNICZNA I CHEMICZNA

Entalpia swobodna (potencjał termodynamiczny)

Wykład 4. Przypomnienie z poprzedniego wykładu

Fizyka statystyczna Fenomenologia przejść fazowych. P. F. Góra

Ć W I C Z E N I E N R C-5

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

Wykład 3. Prawo Pascala

Jest to zasada zachowania energii w termodynamice - równoważność pracy i ciepła. Rozważmy proces adiabatyczny sprężania gazu od V 1 do V 2 :

Stany materii. Masa i rozmiary cząstek. Masa i rozmiary cząstek. m n mol. n = Gaz doskonały. N A = 6.022x10 23

Doświadczenie Joule a i jego konsekwencje Ciepło, pojemność cieplna sens i obliczanie Praca sens i obliczanie

TERMODYNAMIKA PROCESOWA I TECHNICZNA

WARUNKI RÓWNOWAGI UKŁADU TERMODYNAMICZNEGO

Termodynamiczny opis przejść fazowych pierwszego rodzaju

= T. = dt. Q = T (d - to nie jest różniczka, tylko wyrażenie różniczkowe); z I zasady termodynamiki: przy stałej objętości. = dt.

Mini-quiz 0 Mini-quiz 1

TERMODYNAMIKA. Przedstaw cykl przemian na wykresie poniższym w układach współrzędnych przedstawionych poniżej III

WYKŁAD 2_2. 1.Entropia definicja termodynamiczna. przemiana nieodwracalna. Sumaryczny zapis obu tych relacji

TERMODYNAMIKA. Termodynamika jest to dział nauk przyrodniczych zajmujący się własnościami

Wykład 4 Gaz doskonały, gaz półdoskonały i gaz rzeczywisty Równanie stanu gazu doskonałego uniwersalna stała gazowa i stała gazowa Odstępstwa gazów

Termodynamika 2. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Termodynamika 1. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

powierzchnia rozdziału - dwie fazy ciekłe - jedna faza gazowa - dwa składniki

TERMODYNAMIKA. Bada zjawiska cieplne i procesy mające charakter przemian energetycznych

ZEROWA ZASADA TERMODYNAMIKI

Temperatura i ciepło E=E K +E P +U. Q=c m T=c m(t K -T P ) Q=c przem m. Fizyka 1 Wróbel Wojciech

= 2 + f(n-1) - n(f-1) = n f

Podstawowe definicje

Równowagi fazowe. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

WYKŁAD 1 WPROWADZENIE DO STATYKI PŁYNÓW 1/23

D. II ZASADA TERMODYNAMIKI

Równowagi w układach jedno- i dwuskładnikowych

Wykład 2. Przemiany termodynamiczne

Podstawowe definicje

Ćwiczenie nr 3. Wyznaczanie współczynnika Joule a-thomsona wybranych gazów rzeczywistych.

TERMODYNAMIKA PROCESOWA. Wykład VI. Równania kubiczne i inne. Prof. Antoni Kozioł, Wydział Chemiczny Politechniki Wrocławskiej

Warunki izochoryczno-izotermiczne

Równowaga w układach termodynamicznych. Katarzyna Sznajd-Weron

16 GAZY CZ. I PRZEMIANY.RÓWNANIE CLAPEYRONA

Śr Kin Ruchu Postępowego. V n R T R T. 3 3 R 3 E R T T k T, 2 N 2 B

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

Termodynamika Część 2

Termodynamika fenomenologiczna i statystyczna

II zasada termodynamiki.

Zadania treningowe na kolokwium

11. Termodynamika. Wybór i opracowanie zadań od 11.1 do Bogusław Kusz.

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne

Wykład 7. Energia wewnętrzna jednoatomowego gazu doskonałego wynosi: 3 R . 2. Ciepło molowe przy stałym ciśnieniu obliczymy dzięki zależności: nrt

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

Wykład 3. Entropia i potencjały termodynamiczne

Kalorymetria paliw gazowych

Termodynamika Część 6 Związki i tożsamości termodynamiczne Potencjały termodynamiczne Warunki równowagi termodynamicznej Potencjał chemiczny

WYKŁAD 14 PROSTOPADŁA FALA UDERZENIOWA

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Teoria kinetyczna INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

Ćwiczenia rachunkowe z termodynamiki technicznej i chemicznej Zalecane zadania kolokwium 1. (2014/15)

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Analiza termiczna Krzywe stygnięcia

W8 40. Para. Równanie Van der Waalsa Temperatura krytyczna ci Przemiany pary. Termodynamika techniczna

Wykład 5. Kalorymetria i przejścia fazowe

Wykład 3. Fizykochemia biopolimerów- wykład 3. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Wykład 3. Diagramy fazowe P-v-T dla substancji czystych w trzech stanach. skupienia. skupienia

TERMODYNAMIKA FENOMENOLOGICZNA

Rozdział 8. v v p p --~ 3: :1. A B c D

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

CHEMIA FIZYCZNA ZTiM

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Elementy termodynamiki i wprowadzenie do zespołów statystycznych. Katarzyna Sznajd-Weron

Chemia Fizyczna Technologia Chemiczna II rok Wykład 1. Kontakt,informacja i konsultacje. Co to jest chemia fizyczna?

TERMODYNAMIKA OGNIWA GALWANICZNEGO

Termodynamika. Część 4. Procesy izoparametryczne Entropia Druga zasada termodynamiki. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

). Uzyskanie temperatur rzędu pojedynczych kalwinów wymaga użycia helu ( Tw

Równanie gazu doskonałego

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

termodynamika fenomenologiczna

Podstawowe pojęcia Masa atomowa (cząsteczkowa) - to stosunek masy atomu danego pierwiastka chemicznego (cząsteczki związku chemicznego) do masy 1/12

TERMODYNAMIKA PROCESOWA I TECHNICZNA

Wykład 2. Anna Ptaszek. 7 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 2. Anna Ptaszek 1 / 1

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Temodynamika Roztwór N 2 i Ar (gazów doskonałych) ma wykładnik adiabaty κ = 1.5. Określić molowe udziały składników. 1.7

prof. dr hab. Małgorzata Jóźwiak

Destylacja z parą wodną

(1) Równanie stanu gazu doskonałego. I zasada termodynamiki: ciepło, praca.

Materiały pomocnicze do ćwiczeń z przedmiotu: Termodynamika techniczna

RÓWNOWAGA CIECZ PARA W UKŁADZIE DWUSKŁADNIKOWYM

13) Na wykresie pokazano zależność temperatury od objętości gazu A) Przemianę izotermiczną opisują krzywe: B) Przemianę izobaryczną opisują krzywe:

Chemia fizyczna/ termodynamika, 2015/16, zadania do kol. 2, zadanie nr 1 1

Pomiar wilgotności względnej powietrza

Wykład 6. Klasyfikacja przemian fazowych

3.1. Równowagi fazowe układach jednoskładnikowych 3.2. Termodynamika równowag fazowych 3.3. Równowagi fazowe układach dwuskładnikowych 3.4.

Entropia i druga zasada termodynamiki

PŁYN Y RZECZYWISTE Przepływy rzeczywiste różnią się od przepływów idealnych obecnością tarcia (lepkości): przepływy laminarne/warstwowe - różnią się

Termodynamika techniczna i chemiczna, 2015/16, zadania do kol. 1, zadanie nr 1 1

Szkła specjalne Przejście szkliste i jego termodynamika Wykład 5. Ryszard J. Barczyński, 2017 Materiały edukacyjne do użytku wewnętrznego

p, V, T, U, S, H, F, G Parametry mikroskopowe Parametry makroskopowe 2 k

ogromna liczba małych cząsteczek, doskonale elastycznych, poruszających się we wszystkich kierunkach, tory prostoliniowe, kierunek ruchu zmienia się

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Gazy wilgotne i suszenie

3 Potencjały termodynamiczne i transformacja Legendre a

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Krystalizacja. Zarodkowanie

Transkrypt:

Ćwiczenia do wykładu Fizyka tatystyczna i ermodynamika Prowadzący dr gata Fronczak Zestaw 5. ermodynamika rzejść fazowych: równanie lausiusa-laeyrona, własności gazu Van der Waalsa 3.1 Rozważ tyowy diagram fazowy substancji jednoskładnikowej (rys. 1). W obliżu unktu otrójnego, krzywa sublimacji ma większe nachylenie niż krzywa arowania. Przedyskutuj dlaczego tak się dzieje? 3. Na większości diagramów fazowych, krzywa wsółistnienia fazy stałej i ciekłej (tj. krzywa tonienia) ma dodatnie nachylenie (rys. 1). Wytłumacz, dlaczego w rzyadku wody (rys. a) oraz izotou helu He 3 (rys. b, dla < 0 ) jest inaczej. korzystaj z równania lausiusa-laeyrona. 3.4 Pokaż, w jaki sosób cieło rzemiany woda ara wodna zależy od unktu (, ), w którym rzekraczamy krzywą arowania (rys. a). Potraktuj arę jako gaz doskonały o molowej objętości znacznie rzekraczającej molową objętość wody v v. Załóż, że nachylenie krzywej arowania jest znane d/d = f( ). Odowiedź: q = R f( ), gdzie R jest stałą gazową. 3.5 Pokaż, w jaki sosób ciśnienie ary nasyconej na krzywej równowagi fazowej cieczy i gazu zależy od temeratury. Potraktuj arę jako gaz doskonały. Załóż, że cieło rzemiany jest stałe q = const. ( Odowiedź: ex q ). R 3.6 ieło tonienia lodu w temeraturze 1 = 0 0 i rzy ciśnieniu = 1 atm wynosi H 1 = 1436.3 cal/mol, natomiast cieło arowania wody w temeraturze = 100 0 i rzy tym samym ciśnieniu jest równe H = 9717.1 cal/mol. Oblicz różnicę entroii między lodem ( 1, ) i arą wodną (, ). Załóż, że cieło molowe wody jest stałe i wynosi c = 18.046 cal/kmol. Wskazówka: W rzemianach zachodzących rzy stałym ciśnieniu = const, zmiana entalii jest równa ciełu rzemiany dq = du + dv = d(u + V ) = dh. 1

unkt krytyczny unkt otrójny Rysunek 1: Do zadania 3.1. a) b) 0 Rysunek : Do zadania 3.. unkt krytyczny lód woda 1 a b unkt otrójny ara wodna 1 Rysunek 3: Do zadania 3.6.

0 Rysunek 4: Do zadania 3.1. ( H1 Odowiedź: = n + c ln + H ) = 37.0 cal/kmol. 1 1 3.8 Diagram fazowy modelu Isinga. Wyrowadź równanie lausiusa- laeyrona dla krzywej wsółistnienia faz ferromagnetycznych + oraz. Wskazówka: Dla rostych magnetyków siłą termodynamiczną jest natężenie ola magnetycznego H, zaś rzesunięciem termodynamicznym odowiadającym tej sile jest zmiana magnetyzacji dm. Wynika stąd, że równanie lausiusa-laeyrona dla tych układów ma ostać dh d = s M. (1) 3.1 Pokaż, że jeśli nieciągła rzemiana fazowa nastęuje w kierunku: od fazy niskotemeraturowej do fazy wysokotemeraturowej, wtedy cieło tej rzemiany jest zawsze dodatnie Q > 0 (tzn. cieło jest ochłaniane). Wskazówka: Q = 0 = 0 ( ). 3.8 Korzystając z równania Van der Waalsa określ krytyczne wartości ciśnienia c, temeratury c oraz objętości v c, rzy których gaz o raz ierwszy ulega skroleniu. Przeisz wyjściowe równanie stanu w nowych zmiennych zredukowanych: π = / c, φ = v/v c oraz τ = / c. Odowiedź: Wartości krytyczne są odowiednio równe c = a 7b, c = 8a 7Rb oraz v c = 3b. Równanie stanu w nowych zmiennych ma natomiast 3

a) v b) g >,F < D F > < Rysunek 5: Do zadania 3.30. ostać (π + 3φ ) (3φ 1) = 8τ. () 3.30 Narysuj i omów, w jaki sosób energia swobodna ibbsa g() zmienia się wzdłuż izoterm > c oraz < c rzedstawionych na rys. 5a. 3.31 Rozważmy odkrytyczną izotermę gazu Van der Waalsa rzedstawioną na rys. 6. Wiemy już, że stany termodynamiczne leżące na odcinku tej izotermy rerezentują układ w fazie gazowej, stany leżące na odcinku F odowiadają fazie ciekłej, zaś izobara D F rerezentuje stany, w których obie fazy mogą wsółistnieć jedna obok drugiej. Korzystając z warunków równowagi,, µ = const omiędzy fazami ciekłą i gazową, okaż, że ołożenie izobary = F = = const można wyznaczyć z warunku równych owierzchni D oraz DF D. Załóż, że energia wewnętrzna i entroia gazu Van der Waalsa są oisane wzorami u = s = c v d a v + u 0, (3) c v d + R ln(v b) + s 0. (4) Uwaga: Warunek równych owierzchni jest znany jako konstrukcja Maxwella. 4

F D v F v v Rysunek 6: Do zadania 3.31. ciecz lód b ciało stałe 1 1 ciecz rzechłodzona 0 a Rysunek 7: Do zadania 3.3. 3.3 Rozważ ewną substancję, która zależnie od temeratury może wystęować w fazie stałej lub ciekłej. Oblicz różnicę entroii tej substancji w dwóch stanach: w fazie stałej o temeraturze 1 oraz w ostaci rzechłodzonej cieczy o tej samej temeraturze. Załóż, że w normalnych warunkach substancja ta ulega tonieniu w temeraturze 0 > 1, rzy czym cieło tej rzemiany jest równe Q 0. Przyjmij, że ojemności cielne rozważanej substancji nie zależą od temeratury i wynoszą odowiednio: s w fazie stałej oraz c w fazie ciekłej. Odowiedź: = n Q 0 0 + ( s c ) ln 0 1. 5