Framdriftsplan (versjon pr 03.05.2013) FY1005/TFY4165 Termisk fysikk Vår 2013

Litteraturhenvisninger: PCH = Hemmer (Termisk fysikk); PCHQM = Hemmer (Kvantemekanikk) LHL/LL = Lillestøl,Hunderi,Lien/Lien,Løvhøiden (Generell fysikk for universiteter og høgskoler. Bind 2/1) YF = Young og Freedman (Sears and Zemansky’s University Physics Thirteenth Edition)

Forelesninger:

Uke Tema PCH LHL/LL YF
3 Innledning
Grunnbegreper 1 13 17, 18
System og omgivelser  1.1
Trykk  7.2, 8.1-4 11.4, 12.2-3
Temperatur og termisk likevekt  1.2  13.1  17.1
Tilstandsvariable og tilstandsligninger  1.3  13.3  18.1
Ideell gass  1.4  13.3  18.1
Diverse målbare koeffisienter  1.5  13.2  17.4
4 Måling av temperatur og trykk, eksempler
van der Waals tilstandsligning 8.5 13.4 18.1
Partielle deriverte og differensialer  1.6
Termodynamikkens 1. lov  2  13, 15  19, 20
Reversible prosesser  2.1  13.3+7  20.1
Arbeid  2.2  13.5  19.2
Indre energi  2.3  13.6  19.4+6
Varme og 1. lov  2.4  15  19.4
5 Rep: 1. lov, arbeid, indre energi, varme

Energienheter

Kretsprosesser. Adiabatisk prosess  2.5  15.1  19.4+5
Varmekapasitet  2.6  15.2  17.5, 19.7
Differansen C_{p} − C_{V}  2.7  15.2  19.7
Latent varme  2.8  13.2  17.6
Adiabatiske prosesser  2.9  15.3  19.8
Entalpi  2.10  17.6
Joule-Thomson-effekten  2.11  17.8
Carnot-prosessen  2.12  15.4  20.6
6 Kinetisk teori  9  14  18
Antagelser  9.1  14.1  18.3
Hastighetsfordelinger  9.2  14.3  18.5
Trykk i ideell gass og tolkning av T  9.3  14.1  18.3
Maxwells hastighetsfordeling  9.4  14.3  18.5
Gaussintegraler  Appendix B
Middelverdier 9.5 14.3 18.5
Boltzmannfaktoren  17.11
Ekvipartisjonsprinsippet 14.2 18.4
Kvantemekanikk og partisjonsfunksjon  17.11
Harmonisk oscillator  QM: 3.5, 5.1

Uke Tema  PCH  LHL/LL YF
7 Rotator  QM: 5.5

C_{V} for 2-atomige molekyler C_{V} for krystaller

Termodynamikkens 2. lov  3  16  20
Energibevarelse er ikke alt  3.1  16.1  20.5
Carnots teorem  3.2  16.2  20.6
Varmepumpe og kjøleskap  3.3  16.3+4 20.4
8 Entropi  4  17  20
Clausius’ ulikhet  4.1  17.1
Entropi  4.2  17.1  20.7
ST -diagrammer  4.3
Den termodynamiske identitet  4.4  17.5
C_{p} − C_{V}  4.5  17.5
ΔS ved reversible prosesser  4.6  17.2  20.7
Prinsippet om entropiens økning  4.7  17.3  20.7
Irreversible prosesser  4.10  17.3  20.7
9 Mikrofysisk tolkning av entropi  4.11  17.11 20.7
Termodynamiske potensialer og relasjoner  5  17
Helmholtz fri energi F  5.1  17.6
Gibbs fri energi G  5.2  17.6
Maxwell-relasjonene  5.4  17.6
10 Eksergi: maksimalt arbeid  5.3  17.7
Joule-Thomson-effekten  5.5  17.8
11 Joule-Thomson-koeffisient for van der Waals-gass Appendix A
Magnetiske systemer  6.2
Materielt åpne systemer 7 17.9
Kjemisk potensial  7.1
Likevektsbetingelser  7.2
Ideelle blandinger  7.3
Kjemiske reaksjoner  7.4
12 Faselikevekter 8 17.10
Gibbs’ faseregel  8.1
Fordampningskurven  8.2
Clausius-Clapeyrons ligning  8.2

Damptrykk, eksempler

Smelting, sublimasjon, trippelpunkt  8.3
Fasediagram for rent stoff  8.4
Kritisk punkt; van der Waals tilstandsligning  8.5

Uke Tema  PCH  LHL/LL YF
14 Faselikevekter og svake oppløsninger:  8.6-8.8
Damptrykknedsettelse  8.6
Kokepunktforhøyelse  8.7
Frysepunktnedsettelse  8.8
Osmose  8.11
15 Stråling 6.1, 9.6, 9.9 18.4 17.7

Innledning Stefan-Boltzmanns lov fra termodynamikk Frekvensfordeling, klassisk og kvantemekanisk

Partikkelstrøm ut av åpning 9.6 14.5

Stråling fra svart legeme Strålingsemittans

16 Strålingsemittans, frekvensfordeling
Effusjon (utstrømning)  9.7
Varmeledning og diffusjon 10 18, 14 17

Innledende bemerkninger

Fouriers lov  10.3  18.1  17.7
Varmeledningsligningen  10.3  18.5
Ficks lov  10.6  18.5
Diffusjonsligningen  10.8  18.5

Skalering

Eksempler  10.4  18.1
17 Eksempler  10.4  18.3, 18.4
Midlere fri veilengde  10.1  14.4
Kinetisk teori og varmeledning  10.5  14.5
Kinetisk teori og diffusjon  10.7  14.5

Hele boka Termisk fysikk av P. C. Hemmer er pensum, med unntak av delkapitlene 4.9, 6.3, 8.9, 8.10, 9.8 og 10.2. Appendix A og B er også å betrakte som pensum, siden vi har snakket om Joule-Thomson-koeffisient for van der Waals gass og gaussintegraler i forelesningene.

For tema uten ”PCH-referanse” i tabellen ovenfor henvises det til forelesningsnotater og evt regneøvinger.

Siste ordinære forelesning: Tirsdag 30. april. Spørretime før eksamen: Mandag 3. juni kl 13.15 i auditorium EL5 (elektrobygningen). Eksamen: Torsdag 6. juni kl 15.00 – 19.00.

Regneøvinger. (Henvisningene er nok ikke helt fullstendige, spesielt ikke når det gjelder LHL og YF.)

Nr Uke Tema  PCH  LHL/LL YF
Ø1 3  Utvidelseskoeffisient, kompressibilitet  1.5  13.2  17.4
Ideell gass  1.4  13.3  18.1
van der Waals’ (vdW) tilstandsligning  8.5  13.4  18.1

vdW isotermer (MATLAB)

Ø2 4  Partielle deriverte  1.6
Reversible prosesser,  2  13, 15 19, 20

arbeid, varme, indre energi.

Ø3 5  Varmekapasitet  2.6, 2.7  15.2  19.7
Adiabatiske prosesser  2.9  15.3  19.8
Latent varme  2.8  13.2  17.6
Ø4 6  Varmekraftmaskin, virkningsgrad  2.12  15.4  20.6
Maxwells hastighetsfordeling, middelverdier  9.5  14.3  18.5
Boltzmannfaktor  17.11
Partisjonsfunksjon  17.11
Ø5 7 Maxwellfordelingen (MATLAB) 9 14
Ø6 8  van der Waals-gass og adiabatiske prosesser

van der Waals-gass og virkningsgrad

Otto-prosessen 3 16.4 20.3

van der Waals-gass og fri ekspansjon

Ø7 9  Entropiendring

Propankjøleskap

Loppebefengte hunder (MATLAB)  4.8
Ø8 10 Entalpi  2.10, 5.5
Blandingsentropi  4.10, 7.3
Eksergi  5.3
Utvidelseskoeffisient  1.5
C_{p} − C_{V}  4.5, 1.5, 1.6
Ø9 11 Maxwell-relasjon  5.4

Entropi

Maksimalt arbeid (eksergi)  5.3
Ideell paramagnet  6.2
Magnetisk kjøling  6.2
Ø10 14 van der Waals-gass:

C_{p} − C_{V} Gass-væske koeksistens (MATLAB) Diverse flervalgsoppgaver

Ø11 15 Clausius-Clapeyron  8.2
Trykk og kokepunkt  8.2
Damptrykk  8.2
Frysepunktnedsettelse  8.8
Osmose  8.11
Ø12 16 Stråling, Stefan-Boltzmanns lov  6.1, 9.9
Effusjon  9.7
Kinetisk gassteori  9
Varmeledning, skalering  10
Ø13 17 Varmeledning  10

MATLAB