[F] Statistisk Termodynamik

Alla Inga Spara

• Definera processtorheten: värme, Q energiflöde pga temperaturskillnad sys. och omg.
• Definera processtorheten: arbete, W -∫P(V)dV, all energiflöde som ej är värme, Q
• Vad säger ekvipartionsteoremet? inre E fördelas jämnt över frihetsgraderna, f
• Kinetisk energi ges av: (mv²)/2 samt ett annat sätt. Hur ges detta andra sätt? ekvipartionsteor. med f = 3 (pga Ek är rörelseE i xyz-led)
• Vid vilka 2 fall gäller ej ekvipartionsteoremet? 1. kvantfysikaliska fall, 2. fasövergångar
• Definera: entalpi U+PV, dvs all energi som krävs för skapa sys. vid konst. P
• Återge: Arkimedes princip lyftkraft = tyngden av undrantryckta V vätska/gas
• Återge: absoluta nollpunkten i °C 0 K = -273°C
• Hur kan fasta ämnens ΔV betraktas? som ΔV = 0, pga liten värmeexpansion
• Hur kan en mixning av två gaser behandlas? som fri expansion för resp. gas
• S beror tydligt på V med vad mer? även P då U beror på PV
• Vad är viktigt att tänka på vid ritning av PV-diagram där P och V båda ej är konstanta? rita P(V), dvs funktionsgrafen för beroendet
• Förklara skillnaden mellan en tillståndsvariabel och en processtorhet. tillst.v: beskriver sys. i jmv., proc.s: beskriver process (finns endast under processen)
• Definiera: kvadratisk frihetsgrad, f antal sätt en part. kan ha E på, vilka E fördelas lika över enl. ekvipartionst.
• För kristallstrukturer, och diatomära gaser vid hög T, tillkommer 2 frihetsgrader pga viberation. Varför just 2? (1 för kinetisk energi, 1 för potentiell energi)/bindning
• Definiera: mikrotillstånd all information om ett sys. vid en viss tidpunkt
• Definiera: reversibel process process; ΔSₜₒₜ= 0, vilken kan genomföras åt båda håll
• Återge: termodynamikens fundamentala antagande alla mikrotillst. som uppf. makro. egenskaperna är LIKA sannolika
• Vid fasövergångar krävs/avges energi i form av värme för att genomföra fasövergången och sedan kunna fortsätta temp.ändringen. Hur ges denna frigjorda/krävda energin? fasomv.entalpin: L = Q/m
• Definiera: kvasistatisk process process, vilken konstant är i jämvikt
• Adiabatisk process är kvasistatisk. Definiera: adiabatisk process process, snabb nog för att Q = 0
• Vad betyder index:et V och P för exempelvis värmekapaciteterna cᵥ, cₚ? vilken storhet som hålls konstant
• Vad bör man vara uppmärksam på angående temperaturen, T? enhet Kelvin, K
• Varför flödar värme naturligt från hög T till låg T? def. av T ger att Tₗ "tjänar" mer S på energi än vad Tₕ förlorar S
• Fri expansion är en icke-kvasistatisk process. Definiera: fri expansion gas får, utan motstånd, inträda i en större V --> ingen Q eller W utförs
• Värmemaskin är en maskin som utnyttjar naturliga värmeflödet för att utvinna W ELLER omvändningen. Ge exempel på värmemaskiner. sterlingm., ottom., dieselm., värmep., kylskåp, frys...
• Carnots verkningsgrad är den teoretiskt maximala verkningsgraden för en värmemotor. Hur härleds denna? η = w/qh = 1-ql/qh ≤ 1-Tl/Th; använd termod. 2:dra huvuds. för olikheten
• Ottomotorn är den "vanliga" bensinmotorn. Vad är speciellt med den? självant. ej - anv. tändstift, Qin via förb., Qut via avgaser
• Vad är speciellt med dieselmotorn? självant. pga kompression
• Sterlingmotorn används främst för ex: militärubåtar, soltorn... . Vad är speciellt med en? regenerator återanv. värme, reversibel --> "kan" nå Carnots verkningsgrad
• Återge: ottomotorns typiska kompressionstal, r ≈ 10
• Återge: dieselmotorns typiska kompressionstal ≈ 20
• Hur ges det nyttiga arbetet, Wⁿʸᵗᵗ, från en värmemaskin med en PV-diagram? Wⁿʸᵗᵗ = arean inom kretscykeln
• Se till att du kan PV-diagrammen för: ottomotorn, dieselmotorn, sterlingmotorn, ångmaskinen (Jag kan PV-diagrammen!)
• Definiera: dipolmoment, μ vektor; riktningen av en atoms/parts. egna magnetfält
• Definiera: makroskopiska magnetiska dipolmomentet, M summan av alla atomers dip.mom., M = ∑ μ
• Återge ekvivalenser med att ett system är i jämvikt (jmv) ⇔ (maximerad Stot) ⇔ (minimerad F)
• Vad ger Curies lag ang. makroskopiska magnetiska dipolmomentet, M, vid kontakt med reservoar med temp., T? M(T) ∝ (1/T); vid rumstemperatur och högre temperatur
• Definiera: degenerationen, gₙ antal mikrotillst. med energin Eₙ för kvantiserade systemet
• Definiera: harmonisk oscillator kvantbrunn m. V(x) ∝ x²; ger ekvidistanta energinivåer
• Hur kan ∑ för ex: tillståndssumman, Z, approximeras om: ε << kT? som motsvarande integral
• Definiera: ferromagnet magnet m. domäner m. likriktade moment
• Definiera: paramagnet material, vilket kan magnetiseras; "vill" vara likriktat yttre fältet
• Definiera: diamagnet material, vilket kan magnetiseras; "vill" vara motriktat yttre fältet
• Definiera: svartkropp kropp, vilken absorb. OCH emitterar ALL strålning
• Definiera: gråkropp kropp, vilken absorb. och emitterar mindre andel strålning pga reflektion
• Definiera: solarkonstanten effekten jorden bestrålas med per areaenhet (olika ovan/under atmosfären)
• Vad gäller för system i energibalans? konstant temp. Pᵢₙ = Pᵤₜ (anv. Stefan-Boltzmans lag)
• Vad bör man tänka på angående jordens area vid bestrålning från solen? A = TVÄRSNITTSarean
• Vad gäller för svart- jämfört med gråkroppar vid E-balans av samma bestrålning? de får samma T, pga reflektion påverkar abs. OCH emittans
• Hur modifieras Pᵢₙ och Pᵤₜ (Stefan-Boltzmans lag) för gråkropp med reflektion, R? Pᵢₙ = (1-R)*Pₛᵥₐᵣₜ, Pᵤₜ = (1-R)*A*σ*T^4
• Solens strålning har kortare våglängd (och kan därför passera lättare genom atmosfären) än jordens emitterade strålning. Vad resulterar detta i? atm. abs. jordens strål. --> reemitt. till rymd OCH tillbaka --> växthuseffekten
• Definiera: universella massenheten, u massan för en proton/neutron
• Hur fungerar bränslecellen? H₂ + O₂ --> vatten + elektrisk ström
• Vad ger den frigjorda elektriska energin hos en bränslecell, vilket kan härledas med T#2 och ΔG? Wel ≤ |ΔG|
• Ge exempel på situationer där ångmaskinen/Rankinecykeln används idag? kolkraftverk, kärnkraftverk
• Vilka 2 saker bör man tänka över vid beräkning av tillståndssumman? 1. kont./diskr.?, 2. integrationsgränserna, (-∞, ∞) eller [0, ∞)?
• Hur beräknas tillståndssumman, Z, och medelenergin, E̅, för fotongas? Z, E̅ för EN fotonmod (där Eₙ ges av Eᶠᵒᵗ*n och Boltzmanfaktorn)
• När man separat har räknat ut medelenergin, E̅ᵢ, för en fotonmod, i, hur beräknas då totala energin, U? ∑ E̅ᵢ; över alla fotonmoder i
• Antal fotoner, nᵢ, med mod i, ges av: E̅ᵢ/Eᶠᵒᵗᵒⁿ. Vad är E̅ᵢ för höga temperaturer, T? E̅ᵢ = kT; T stort
• Vilket är ALLTID det mest sannolika antalet, n, fotoner i en fotonmod, i? 0, pga Pᵢ(n) ∝ e^(-β*n*Eᶠᵒᵗᵒⁿ)
• Vilka är de reversibla kvasistatiska processerna (vilka även är de 2 första på formelbladet)? adiabatiska och isoterma
• Hur ges Stefan-Boltzmans lag från Plancks strålningslag? integrera intensiteten över alla våglängder

Alla Inga Spara