TFY4115 Fysikk. Institutt for fysikk, NTNU. Høsten 2013. Øving 13. Veiledning: 19. november. Innleveringsfrist: 25. november kl 14.

Oppgave 1

Damptrykket for vann ved 0^{∘}C er 4.58 mm Hg. Anta at vanndampen er ideell gass med volum som er mye større enn volumet til samme mengde vann. Anta videre at fordampningsvarmen (ved 100^{∘}C), l = 40.7 kJ/mol, kan benyttes for alle temperaturer. Beregn ut fra dette kokepunktet til vann ved 1 atm (760 mm Hg).

Oppgave 2

Ved temperaturene T_{1} = 0^{∘}C og T_{2} = 20^{∘}C er damptrykket for CCl_{4} (karbontetraklorid) henholdsvis 4402 Pa og 12139 Pa. Bestem fordampningsvarmen og estimer damptrykket ved T = 30^{∘}C.

Svar: 1: 109 grader. 2: 33.7 kJ/mol, 19.2 kPa.

Oppgave 3

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. Oppgitt: Svarte legemer med temperatur T sender ut stråling (”varmestråling”) j = σT^{4}. (Stefan-Boltzmanns lov.) Her er j utsendt strålingsenergi pr flate- og tidsenhet, og σ er Stefan-Boltzmanns konstant.

(Svar: 1/(N + 1))

Oppgave 4.

\underline{a}. Hvilken påstand om ulike termodynamiske prosesser er feil?

A I en isentropisk prosess er systemets indre energi konstant. B I en isobar prosess er trykket konstant. C I en adiabatisk prosess tilføres systemet ikke varme. D I en isoterm prosess er temperaturen konstant.

\underline{b}.

Figuren viser koeksistenskurver i et pT -diagram. Hvilke prosesser foregår i tilstandene 1, 2 og 3?

A 1 = fordampning, 2 = smelting, 3 = sublimasjon B 1 = sublimasjon, 2 = fordampning, 3 = smelting C 1 = smelting, 2 = sublimasjon, 3 = fordampning D 1 = smelting, 2 = fordampning, 3 = sublimasjon \underline{c}. For van der Waals tilstandsligning, (p + aN^{2}/V^{2}) (V − Nb) = NkT, hvilket utsagn er korrekt?

A Leddet aN^{2}/V^{2} tar hensyn til at ikke alle gassmolekylene befinner seg ved samme trykk. B Leddet aN^{2}/V^{2} tar hensyn til at molekylene frastøter hverandre. C Leddet Nb tar hensyn til at molekylene har et visst volum, og at de ikke er punktpartikler. D Denne tilstandsligningen gjelder for faste stoffer, men ikke for væsker og gasser.

\underline{d}.

Figuren viser et typisk pV -diagram for en ikke-ideell gass. Hvilken påstand er korrekt?

A De heltrukne kurvene er isobarer.

B Stoffets kokepunkt er T_{3}.

C I tilstanden merket M er stoffet en blanding av væske og gass. D T_{3} < T_{2} < T_{1}.

\underline{e}. I kinetisk gassteori, hvordan går man fram for å bestemme trykket i en ideell gass?

A Ved å innse at det ikke strømmer noe varme ut av et isolert system. B Ved å bestemme molekylenes akselerasjon, og deretter benytte Newtons 2. lov, F = ma. C Ved å bestemme hvor mange molekyler som støter mot en vegg pr tidsenhet samt impulsendringen pr støt, og deretter benytte Newtons 2. lov, F = dp/dt. D Ved å bestemme gassens kinetiske energi før og etter at den har utført et arbeid ved å flytte en av beholderens vegger en lengde Δx.

\underline{f}. Hvilken påstand er korrekt?

A 2. hovedsetning er en direkte konsekvens av 1. hovedsetning. B Det er ikke mulig å overføre varme fra et kaldt legeme til et varmere legeme. C Det er ikke mulig å omdanne varme i sin helhet til arbeid. D Det er ikke mulig å omdanne arbeid i sin helhet til varme.

\underline{g}. Hvilken påstand er feil?

A Entropi er et kvantitativt mål for uorden. B Total entropiendring i en syklus i en Carnot-prosess er null. C Entropien i et lukket system er bevart. D Entropi kan måles i enheten J/K.

\underline{h}.

Figuren viser en kretsprosess for en ideell gass, med p_{0} = 8 atm og V_{0} = 7 liter. Hvor stort arbeid utfører gassen pr syklus?

A 5.7 kJ B 56 J C 2.8 kJ D 28 J

\underline{i}.

Figuren viser en reversibel kretsprosess der arbeidssubstansen er en gass. Hva kan du si om netto varme som tilføres arbeidssubstansen pr syklus (fra omgivelsene) i denne kretsprosessen?

A Det er lik null. B Det er negativt. C Det er positivt. D Intet kan sies ut fra en slik figur.

\underline{j}. Hva skjer med molekylenes midlere kinetiske energi når en ideell gass komprimeres ved konstant temperatur?

A Den øker. B Den endrer seg ikke. C Den minker. D Den kan øke eller minke, men flere opplysninger trengs for å avgjøre hva som skjer.