Framdriftsplan (versjon pr 11.04.2014) FY1005/TFY4165 Termisk fysikk Vår 2014

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
2 Innledning: Hovedtema
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
3 Ideell gass  1.4  13.3  18.1

Eksempler, trykk

Målbare koeffisienter; eksempler  1.5  13.2  17.4
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
4 Varme og 1. lov  2.4  15  19.4

Energienheter

Kretsprosess. 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
5 Carnot-prosessen  2.12  15.4  20.6
Mikroskopisk, statistisk beskrivelse  9.1-9.5, Appendix B 14.1-14.3, 17.11 18.3-18.5, 40.5, 42.4

PCHQM 3.5, 5.1, 5.5

Kinetisk gassteori  9  14  18
Antagelser  9.1  14.1  18.3
Trykk i ideell gass  9.3  14.1  18.3
Mikroskopisk 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

Statistisk mekanikk

Boltzmannfaktoren  17.11
Ekvipartisjonsprinsippet  14.2  18.4

Uke Tema  PCH  LHL/LL YF
6 C_{V} for 2-atomige molekyler

Forventning med klassisk fysikk

Kvantemekanisk oppklaring  17.11
Harmonisk oscillator  QM: 3.5, 5.1

Partisjonsfunksjonen

Rotator  QM: 5.5

Translasjon 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
7 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
8 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

Legendretransformasjoner

9 Eksergi: maksimalt arbeid 5.3 17.7
Magnetiske systemer  6.2
Materielt åpne systemer 7 17.9
Kjemisk potensial  7.1
10 Likevektsbetingelser  7.2
Ideelle blandinger  7.3
Kjemiske reaksjoner; massevirkningsloven  7.4
Faselikevekter 8 17.10
Smelting, sublimasjon, trippelpunkt  8.3
Gibbs’ faseregel  8.1
Clausius-Clapeyrons ligning  8.2
11 Damptrykk, eksempler
Fasediagram for rent stoff, (p, T), (p, V)  8.4
Kritisk punkt  8.5
van der Waals tilstandsligning  8.5  13.4  18.1
Kritisk punkt for van der Waals-gass  8.5  13.4
Joule-Thomson-koeffisient for van der Waals-gass 5.5, Appendix A  17.8
Faselikevekter og svake oppløsninger:  8.6-8.8
Damptrykknedsettelse  8.6
Kokepunktforhøyelse  8.7
Frysepunktnedsettelse  8.8

Uke Tema  PCH  LHL/LL YF
12 Osmose  8.11
Stråling 6.1, 9.6, 9.9 18.4 17.7

Innledning Termodynamikk Stefan-Boltzmanns lov Strålingsemittans Frekvensfordelingen; Plancks strålingslov Wiens forskyvningslov

Varmeledning og diffusjon 10 18, 14 17

Innledende bemerkninger

13 Fouriers lov  10.3  18.1  17.7
Eksempler  10.4  18.1
Varmeledningsligningen  10.3  18.5
Ficks lov  10.6  18.5
Diffusjonsligningen  10.8  18.5

Skalering Brownske bevegelser, virrevandring Newtons avkjølingslov

14 Ingen forelesninger
15 Midlere fri veilengde  10.1  14.4
Kinetisk teori og varmeledning  10.5  14.5
Kinetisk teori og diffusjon  10.7  14.5

Repetisjon osv

Hele boka Termisk fysikk av P. C. Hemmer er pensum, med unntak av delkapitlene 4.9, 6.3, 8.9, 8.10, 9.7, 9.8 og 10.2. (NB: Foreløpig utsagn.) 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: Onsdag 9. april. (Uke 15.) Spørretime før eksamen: Fredag 30. mai kl 14.00 i auditorium R7. Eksamen: Mandag 2. juni kl 09.00 – 13.00.

Regneøvinger. (Henvisningene er ikke fullstendige. NUM: Numerikk/programmering.)

Nr Uke Tema  PCH LHL/LL YF
Ø1 3  p og T i atmosfærer (NUM)  1.4  13.3  18.1
Ø2 4  Utvidelseskoeffisient, kompressibilitet  1.5  13.2  17.4
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

Flervalgsoppgaver

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 (NUM) 9 14
Ø6 8  Flervalgsoppgaver
Otto-prosessen 3 16.4 20.3

Propankjøleskap

Ø7 9  Flervalgsoppgaver

Entropiendring ved oppvarming av vann

Loppebefengte hunder (NUM)  4.8

Kjemiske reaksjoner og Gibbs fri energi

Ø8 10 Eksergi  5.3
Ideell paramagnet  6.2
Magnetisk kjøling  6.2
Ø9 11 Maxwell-relasjon  5.4

Kjemisk potensial Faselikevekter i magnetiske system Clapeyron (NUM)

Ø10 12 van der Waals-gass:
van der Waals’ (vdW) tilstandsligning 8.5 13.4 18.1

vdW isotermer (NUM) Gass-væske koeksistens (NUM)

Ø11 13 Frysepunktnedsettelse  8.8
Osmose  8.11

Stråling

Ø12 14 Stråling, Stefan-Boltzmanns lov  6.1, 9.9
Varmeledning, skalering  10

Varmeledning, fjernvarmeanlegg Flervalgsoppgaver

Ø13 15 Varmeledning  10

(NUM)