FY1005/TFY4165 Termisk fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Våren 2013. Veiledning: 19. og 22. april. Innleveringsfrist: Onsdag 24. april kl 14.

Øving 12

Oppgave 1

En svart overflate som holdes på konstant (høy) temperatur T_{h} er parallell med en annen svart overflate med konstant temperatur T_{l}. Det er vakuum mellom platene. For å redusere varmestrømmen på grunn av stråling innføres et varmeskjold som består av N parallelle svarte plan som plasseres mellom den kalde og varme overflata. Etter en stund oppnås stasjonære forhold. Beregn hvilken reduksjon av energistrømmen mellom overflatene T_{h} og T_{l} varmeskjoldet gir.

(Svar: 1/(N + 1))

Oppgave 2

Den første separasjonen av uranisotopene ^{235}U og ^{238}U ble gjort ved å overføre uranet til UF_{6} og så la gassen diffundere ut gjennom veggene i en porøs beholder av volum V. Se på anrikingen av den tunge komponenten 1 av en isotopblanding med partikkelmasser henholdsvis m_{1} og m_{2} (< m_{1}) ved effusjon gjennom et hull med areal A. Temperaturen er T, og gassen som kommer ut pumpes bort. Beregn molbrøken x_{1} av komponent 1 inne i beholderen, opprinnelig lik x_{1}^{0}, som funksjon av tida.

Oppgave 3

En ren metalloverflate er plassert i vakuum der oksygentrykket er 10^{−7} torr (1 torr=1 mm Hg, 760 mm Hg=1 atm=1.013·10^{5} Pa). Anta at hvert oksygenmolekyl som har diameter 2.3 Å og treffer metalloverflata, forblir der. Temperaturen er 27^{∘}C. Finn ut hvor vanskelig det er å være overflatefysiker ved å beregne hvor lang tid det tar før 10% av metalloverflata er dekket av oksygen. Hva må trykket være for at en skal kunne gjøre et eksperiment av en times varighet når eksperimentet krever rene overflater (10% forurensning er toleransegrensen)?

(Svar: 2 · 10^{−10} torr)

Oppgave 4

Poteter av en viss størrelse trenger 25 minutter for å koke ferdig. Anta at poteter er kokt ferdig når temperaturen i midten overstiger en viss verdi. Hvor lang tid trengs da for å koke ferdig poteter av samme type og samme form, men som er dobbelt så tunge?

(Svar: 40 min)

Jeg hadde planer om å lage noen flervalgsoppgaver til denne øvingen, men det har jeg dessverre ikke hatt tid til. Slike må komme på den siste øvingen, eller utenom de ordinære øvingene.