Första huvudsats, värme och arbete

En presentation över ämnet: "Första huvudsats, värme och arbete"— Presentationens avskrift:

1 Första huvudsats, värme och arbete
Q (värme) som tillförs ett system är positiv. W (arbete) som görs av ett system (till exempel expansion av en gas) är också positiv. © 2016 Pearson Education, Ltd.

2 Arbete vid volymsändring
Arbete som utförs av en gas under en liten expansion dx: dW = F dx = pAdx =pdV. Vid volymsändring från V1 till V2: © 2016 Pearson Education, Ltd.

3 Arbete på ett pV-diagram
Arbete är arean under kurvan på ett pV-diagram. Bilden visar en expansion. Om man vänder pilen, dvs byter integrationsgränserna blir det en kompression. © 2016 Pearson Education, Ltd.

4 Arbete vid konstant tryck
Vid konstant p: W = p(V2 – V1) © 2016 Pearson Education, Ltd.

5 Arbete är vägberoende:
3 olika vägar att komma från tillstånd1 till tillstånd 2. © 2016 Pearson Education, Ltd.

6 Största möjliga arbete för följande väg: först 1 till 3 (konstant tryck) och sedan 3 till 2 (konstant volym) © 2016 Pearson Education, Ltd.

7 Minsta möjliga arbete utförs längs vägen 1 till 4, konstant volym 4 till 2, konstant tryck
© 2016 Pearson Education, Ltd.

8 Mittemellan för vägen 1 till 2 (konstant T eller inget konstant)
© 2016 Pearson Education, Ltd.

9 Termodynamikens första huvudsats
Tänk så: Q = ΔU + W Q och W är vägberoende, men ΔU är vägoberoende. U är en tillståndskunktion, för ideala gaser bara beroende på T För infinitesimala ändringar: dU = dQ – dW. © 2016 Pearson Education, Ltd.

10 Termodynamisk kretsprocess
Tillstånd 1 är identisk med tillstånd 2: U1 = U2 ΔU = 0 Q = W © 2016 Pearson Education, Ltd.

11 Fyra termodynamiska processer
Isokor: konstant volym, W = 0. Isobar: konstant tryck , W = p(V2 – V1). Isoterm: konstant temperatur, W = nRT ln(V2/ V1) Adiabatisk: ingen värmeöverföring, Q = 0, U2 – U1 = ΔU = –W © 2016 Pearson Education, Ltd.

12 Adiabatisk process Snabb expansion är nästan adiabatisk.
Q = 0: ΔU = –W: T minskar! © 2016 Pearson Education, Ltd.

13 Processerna på ett pV-diagram
© 2016 Pearson Education, Ltd.

14 Fri expansion av ideal gas: W = 0
Adiabatisk: Q = 0 ΔU = 0 Ideal gas: ΔT = 0 © 2016 Pearson Education, Ltd.

15 Arbete vid volymsändringar
Vi kan förstå pV-arbetet genom att betrakta en gasmolekyl. När en sådan molekyl kolliderar med en yta som rör sig bort från molekylen gör den positiv arbete på omgivningen. © 2016 Pearson Education, Ltd.

16 Arbete vid volymsändringar
Om kolvens yta rör sig mot molekylen görs positiv arbete på molekylen i kollisionen och därmed på gase,. Molekylen ökar sin kinetiska energi. © 2016 Pearson Education, Ltd.

17 Värmekapacitet av en ideal gas
CV är molär värmekapacitet vid konstant volym. © 2016 Pearson Education, Ltd.

18 Värmekapacitet av en ideal gas
Cp är molär värmekapacitet vid konstant tryck. Cp > Cv © 2016 Pearson Education, Ltd.

19 Relating Cp and CV for an ideal gas
Cp = CV + R © 2016 Pearson Education, Ltd.

20 Förhållandet mellan värmekapaciteter
För monatomära ideala gaser : γ = 1.67 För lineära ideala gaser: γ = 1.40 För ickelineära ideala gaser: γ = 1.33 © 2016 Pearson Education, Ltd.

21 Adiabatisk process för en ideal gas
Q = 0 ΔU = -W T V^(γ-1) = const. P V^γ = const. © 2016 Pearson Education, Ltd.