PHYS-A0120 - Termodynamiikka (TFM), Luento-opetus, 24.10.2023-4.12.2023
This course space end date is set to 04.12.2023 Search Courses: PHYS-A0120
Viikon 3 torstain luennon esitehtävä
Torstain luennolla käsittelemme termodynaamisia prosesseja. Ne ovat lukiosta tuttuja mutta katso silti seuraava Bozemanin video
Sen jälkeen kokeile phet-projektin simulaatiota, jota videollakin käytettiin
https://phet.colorado.edu/sims/html/gas-properties/latest/gas-properties_all.html
Valitse valikosta 'Explore'. Sen jälkeen klikkaa oikealta ylhäältä päälle 'Width', jolloin näet simulaatiossa olevan säiliön pituuden. Alkuasetuksessa sen pituus on luultavasti 10 nm. Seuraavaksi kokeile ainakin seuraavia asioita:
1. - pumppaa hieman kaasua pumpulla säiliöön. Lämmitä kaasu noin 500 K lämpötilaan. Mitä tapahtuu paineelle? Kasvata säiliön tilavuuttaa vetämällä hitaasti vasemmalla olevasta kahvasta. Mitä tapahtuu lämpötilalle? Purista kaasu hitaasti alkutilavuuteen, mikä on loppulämpötila?
2. Palaa alkutilanteeseen jäähdyttämällä kaasu takaisin 500 K lämpötilaan. Nyt kasvata säiliön tilavuutta nopeasti vetäisemällä säiliö suureksi. Mitä tapahtuu lämpötilalle? Mistä johtuu ero edelliseen? Purista kaasu alkutilavuuteen, mikä on nyt loppulämpötila?
3. Jos säiliösi ei äskeisessä räjähtänyt, niin toista edellinen mutta pumppaa säiliöön enemmän kaasua.
Vaiheessa 2 tekemäsi nopea tilavuuden kasvatus on tärkeä poikkeus termodynaamisiin prosesseihin. Yleisesti ottaen oletamme, että kaikki systeemin tilan muutokset ovat kvasistaattisia, mikä tarkoittaa että ne ovat niin hitaita, että systeemi on kaikkina ajanhetkinä tasapainotilassa. Tilavuuden hyvin nopea kasvatus, siten että kaasu ei kaikkina ajanhetkinä enemmän tai vähemmän tasaisesti täytä astiaa, ei ole kvasistaattinen koska tilanne jossa kaikki kaasu on astian yhdessä päässä ei voi olla tasapainotila koska tilan entropia ei ole maksimaalinen. Kvasistaattiset prosessit ovat hyödyllisiä idealisaatioita ja erityisesti ne ovat reversiibeleitä, eli voimme palata alkutilanteeseen tekemällä prosessin vain toisin päin. Kohdassa 1 tapahtuva tilavuuden kasvatus ja pienennys yrittää simuloida tällaista reversiibeliä (ja siis kvasistaattista) prosessia, joskin loppulämpötilasi tuskin oli sama kuin alussa -- käytännössä mikään todellinen prosessi ei ole riittävän hidas ollakseen täydellisesti reversiibeli.
Tuliko mieleen kysymyksiä?