Cvièení { 2D Clausiova{Clapeyronova rovnice

Podobné dokumenty
Cvièení { 2D Clausiova-Clapeyronova rovnice

Viriálová stavová rovnice 1 + s.1

Monte Carlo, analýza výsledkù simulací

Opakování: Standardní stav þ ÿ

Aproximace funkcí. Chceme þvzoreèekÿ. Známe: celý prùbìh funkce

Termochemie { práce. Práce: W = s F nebo W = F ds. Objemová práce (p vn = vnìj¹í tlak): W = p vn dv. Vratný dìj: p = p vn (ze stavové rovnice) W =

Rovnováha kapalina{pára u binárních systémù

Stanislav Labík. Ústav fyzikální chemie V CHT Praha budova A, 3. patro u zadního vchodu, místnost

Matematika II Urèitý integrál

Teorie Pøíèné vlny se ¹íøí v napjaté strunì pøibli¾nì rychlostí. v =

Datový a nabíjecí kabel Nokia CA-126

Molekulární modelování a simulace

Home Media Server. Instalace aplikace Home Media Server do poèítaèe. Správa mediálních souborù. Home Media Server


Návod k použití aplikace jízdního řádu v mobilním telefonu. Stažení

Potenciální energie atom{atom

Fázová rozhraní a mezifázová energie

1.11 Vliv intenzity záření na výkon fotovoltaických článků

Správce spojení U¾ivatelská pøíruèka

IP kamerový systém - uživatelský návod k obsluze

Matematika II Limita a spojitost funkce, derivace

Popis programu. Ovládání programu

Cvièení uvedené v této uèebnici je souèástí školícího kursu CADKONu-K, který je možné absolvovat v uèebnì AB Studia.

Klasická termodynamika (aneb pøehled FCH I)

Matematika II Lineární diferenciální rovnice

baspelin CPM Popis komunikaèního protokolu CPM KOMPR

PROCESY V TECHNICE BUDOV 8

pracovní list studenta

Školní knihovna pro Windows. Verze 2.0

Zálohování a obnova Uživatelská příručka

Uživatelský manuál pro práci se stránkami OMS a MS provozované portálem Myslivost.cz. Verze 1.0

Záloha a obnovení Uživatelská příručka

Matematika II Aplikace derivací

VLASTNOSTI PLOŠNÝCH SPOJÙ

Zabezpečení. Uživatelská příručka

Pravdìpodobnostní popis

PROGRAMOVATELNÝ TERMOSTAT MINIB TH-0108 (F)


1. Popis zařízení. (A) Logger tlaku DRULO II Měřicí přístroj pro zaznamenávání a přenos hodnot tlaku na hydrantech.

Úvodní info. Studium

Fázová rozhraní a mezifázová energie

Zabezpečení Uživatelská příručka

SPLIT KLIMATIZACE PRO VZT FUNAI 12AD-24-15AD-24 (AD-120C - AD-155C) Návod k obsluze

DoorSet. Návod k použití. PC program pro Windows 98 a novější

Posouzení linearity kalibraèní závislosti

Fyzikální chemie. Magda Škvorová KFCH CN463 tel února 2013

CDH-80MS Měřič vodivosti CDH-80MS. Měřič vodivosti

Cvièení { zonální tavba NaCl

Stavové chování kapalin a plynů II. 12. března 2010


Programový komplet pro evidence provozu jídelny v modul Sklad Sviták Bechyně Ladislav Sviták hotline: 608/

PROGRAMOVATELNÝ TERMOSTAT

Uživatelská příručka. 17 LCD monitor Vibrant VL7A9PD

Univerzita obrany. Měření charakteristiky čerpadla K-216. Laboratorní cvičení z předmětu HYDROMECHANIKA. Protokol obsahuje 14 listů

PRO OVLÁDÁNÍ TERMOELEKTRICKÝCH POHONÙ

Používání klávesnice. Zobrazit vše. V tomto článku

Charlesův zákon (pt závislost)

Hlavní obrazovka displeje je rozdìlena do pìti základních monitorovacích oken a tlaèítka slou ícího ke vstupu do nastavení zaøízení.

Instalační příručka. Barevný monitor LCD

plošný 3D NURBS modelář pracující pod Windows NURBS modely jsou při jakkoliv blízkém pohledu dokonale hladké

Uspořádání vaší fermentace

SAUT 3.1. program pro vyhodnocení výsledků zkoušení impulzní odrazovou metodou

Témata pro doktorandské studium

Zálohování a zotavení Uživatelská příručka

Publikování. Zaèínáme. Odesílání souborù. Publikování

Záložní zdroj Back-UPS 650 VA 230 V s automatickou regulací napětí AVR (BX650CI)

Digitální tlakoměr PM 111

Ovládání TV platformy a funkce Chytrá TV

v trojúhelníku P QC sestrojíme vý¹ky na základnu a jedno rameno, patu vý¹ky na rameno oznaèíme R a patu na základnu S

Měření hustoty kapaliny z periody kmitů zkumavky

Matematika II Extrémy funkcí více promìnných

Stolní lampa JETT Návod k použití

Modul Řízení objednávek.

Matematická statistika

CVIČENÍ č. 8 BERNOULLIHO ROVNICE

DX 345. Indikace polohy - zjednodušený návod

Kabelový ovlada (standardní vybavení)

WEBMAP Mapový server PŘÍRUČKA PRO WWW UŽIVATELE Hydrosoft Veleslavín, s.r.o., U Sadu 13, Praha 6

1.2 Výkonová charakteristika, výpočet spotřeby paliva, zhodnocení účinnosti palivového článku

Tekla Structures Multi-user Mode

STONOŽKA 2014/ RO$NÍKY - modul KEA

Urèování polohy Nokia N76-1

Výsledky přijímacích zkoušek

Statistická termodynamika (mechanika)

Měření fotometrických parametrů světelných zdrojů

Elementární reakce. stechiometrický zápis vystihuje mechanismus (Cl. + H 2 HCl + H. ) 2 NO 2 ; radioak-

Difrakce na mřížce. Úkoly měření: Použité přístroje a pomůcky: Základní pojmy, teoretický úvod: Úloha č. 7

Matematika I Ètvercové matice - determinanty

Zaèínáme Nokia N92-1

Osobní multifunkční elektronická váha s displejem M5305-BE-L. - Návod k použití

Dùle¾ité tipy. Spoleènì pro pøístroje N91 a N91 8GB. Nokia PC Suite (zvlá¹tì aplikace Nokia Audio Manager) Správa souborù

a) Jaká je hodnota polytropického exponentu? ( 1,5257 )

Vlny v plazmatu. Narušení rovnováhy, perturbace se šíří prostorem => vlny Vlna musí být řešením příslušných rovnic plazmatu => módy

STONOŽKA 2013/ RO#NÍKY

Statistická termodynamika (mechanika)

OBCHODNÍ VÁHA ACS-A UŽIVATELSKÝ NÁVOD

Návod pro provoz - teplotní relé TR 250

P O K Y N Y P R O ZADAVATELE

PRINCESS rotační gril - NÁVOD K OBSLUZE

Numerická derivace a kvadratura

Transkript:

Cvièení { 2D Clausiova{Clapeyronova rovnice 1/15 Evropský sociální fond þpraha & EU: Investujeme do va¹í budoucnostiÿ Inovace pøedmìtu Poèítaèová chemie je podporována projektem CHEMnote (Inovace bakaláøského studijního programu Chemie { moderní vzdìlávání podpoøené pou¾itím notebookù { CZ.2.17/3.1.00/33248) v rámci Operaèního programu PRAHA { ADAPTABILITA.

Clausiova{Clapeyronova rovnice ve 2D 2/15 Úkol: Ovìøte platnost Clausiovy{Clapeyronovy rovnice pomocí simulací 2D modelu kapaliny a plynu Model: Potenciál typu 8-4 ( Lennard Jones ve 2D): u(r) = 1 r 8 1 r 4 Pevné pøita¾livé èi odpudivé zdi (potenciál typu 7{3, resp. jen jeho odpudivá èást 1/r 7 ). Redukované jednotky: k B = R/N A = 1, energie a teplota mají stejné jednotky Velièiny budeme udávat na 1 atom, ne na 1 mol (index at )

Postup 3/15 V systému s dvìma fázemi oddìlenými rovinným rozhraním stanovte tlak nasycených par v závislosti na teplotì pro dvì teploty. Pou¾ijte MD s libovolným termostatem. Stanovte støední teplotu a tlak, simulací páry v MC pak stanovte kompresibilitní faktor. Z Clausiovy{Clapeyronovy rovnice (s opravou na neidealitu páry) stanovte výparnou entalpii vèetnì odhadu standardní chyby. Stanovte výparnou entalpii ze støední potenciální energie kapaliny v periodických okrajových podmínkách. Porovnejte obì hodnoty.

Simulaèní metody 4/15 Simulace startuje z náhodné kongurace pomocí MC (odstranìní pøekryvù molekul), pak se automaticky pøepne na MD. Metoda: leap-frog + Berendsenùv termostat (lze pou¾ít i jiný). Lze volit i Monte Carlo (Metropolis) { pro nìkteré výpoèty vhodnìj¹í. Tlak = prùmìrná síla pùsobící na stìnu: p stìna = fstìna L, L = délka stìny = prùmìrování okam¾itých hodnot v prùbìhu simulace Alternativnì z viriálu sil (nepotøebujeme stìnu): p yy = ρk B T + 1 ry f y DV p yy = diagonální slo¾ka tenzoru tlaku ve smìru ^y, ρ = N/V je èíselná hustota, V = L D, L = délka stìny, D = dimenze, sèítá se pøes v¹echny párové síly (èástice{èástice, stìna{èástice) té¾ se znaèí N nebo n

Výparná entalpie z Clausiovy{Clapeyronovy rovnice 5/15 Jak jistì víte, Clausiova{Clapeyronova rovnice vap H m = R ln(p 1/p 2 ) 1/T 1 1/T 2 se odvodí z Clapeyronovy rovnice s pou¾itím následujících zjednodu¹ení: Výparná entalpie nezávisí na teplotì. Zanedbáváme objem kapaliny proti objemu plynu. Pro páru platí stavová rovnice ideálního plynu. Za podmínek simulace jsou chyby prvních dvou pøedpokladù malé (2 %), ale poslední pøedpoklad je velmi nepøesný (a¾ 15 %). Pøesnìj¹í aproximace: Kompresibilitní faktor plynu Z = p/ρk B T za tlaku nasycených par nezávisí na teplotì. Korigovaná Clausiova{Clapeyronova rovnice: vap H at Zk B ln(p 1 /p 2 ) 1/T 1 1/T 2 kde Z aproximujeme hodnotou v T = (T 1 + T 2 )/2

Výparná entalpie ze støední potenciální energie 6/15 Z denice entalpie H = U + pv dostaneme Epot (g) E pot (l) vap H at = vap U at + p vap V at = N kde ρ = N/V = èíselná hustota Hrubá aproximace + p ρ(g) p ρ(l) ρ(l) ρ(g) E pot (g) 0 pára je ideální plyn Lep¹í aproximace Epot (l) vap H at N + k B T ρ(l) ρ(g) vap H at Epot (g) E pot (l) + Zk N B T

SIMOLANT { instalace (Windows) 7/15 http://www.vscht.cz/fch/software/simolant nebo simolant Stáhnìte simolant-win32.zip Rozbalte do vhodné slo¾ky Nespou¹tìjte pøímo ze simolant-win32.zip Spus»te simolant.exe Tip: Spoètená data se exportují do souboru simolant.txt s desetinnou teèkou. Chcete-li desetinnou èárku (pro export dat za èeské lokalizace), stisknìte, v panelu \Measure". Tip: Pokud SIMOLANT restartujete, starý simolant.txt se pøejmenuje na simolant.bak. Chcete-li mít poøádek a zmìnit jméno exportu, pou¾ijte Menu: File Protocol name..

Tlak nasycených par { nastavení 8/15 Na pomalej¹ím poèítaèi sni¾te poèet atomù (slider \N"), ale ne pod 150 Menu: Prepare system Vapor-liquid equilibrium Menu: Show Quantities Slider \simulation speed" (vpravo dole) dejte na maximum (zobrazuje a zpracovává se pouze ka¾dá 15. kongurace) Slider \measurement block" dejte na maximum (blok = prùmìr z 100 bodù) Tip: výpoèet ponìkud zrychlíte, pokud vypnete zobrazování pohybu: draw mode: Nothing

Tlak nasycených par { simulace pro T 1 9/15 Nastavte teplotu (slider \T" { ne \τ") na T 1 (0.15, 0.16) { teplota je uvedena v bloku dat vpravo nahoøe { èím ni¾¹í teplota, tím pøesnìj¹í... ale je tøeba rychlej¹í poèítaè { Tip: jemný pohyb slideru: a { Tip: také lze zadat pøíkaz do okénka cmd: T=0.155 + Enter Chvilku simulujte, aby byl systém v rovnováze Stisknìte record. Nemìòte parametry simulace v prùbìhu mìøení! Po chvíli stisknìte record znovu. Zobrazí se výsledky. Vhodný poèet blokù (n= vpravo nahoøe) je aspoò 50, lépe pøes 100; relativní chyba velièiny P(top wall) by mìla být men¹í ne¾ cca 10 %. { Nevyhovuje-li, stisknìte continue. { Jste-li spokojeni, ulo¾te pomocí save (overwrite.... mù¾ete zkusit i Pyy

Tlak nasycených par { simulace pro T 2 10/15 Opakujte pro teplotu T 2 (0.19, 0.20) { Staèí cca polovina blokù, proto¾e tlak za vy¹¹í teploty je vy¹¹í a statistická chyba men¹í (roste ale neidealita) Zapi¹te pomocí record ; proto¾e soubor simolant.txt u¾ máte, nabídne se vám append to simolant.txt and clear

Analýza dat I 11/15 Výsledky najdete v souboru simolant.txt. Pokud jste vícekrát stiskli append to..., najdete v souboru více sad výsledkù. Musíte se vyznat... V 1. tabulce (Measurement #1) najdìte teplotu Tkin a tlak P(top wall), oznaète T 1 a p 1. alternativnì mù¾ete pou¾ít Pyy jako p 1 Stejnì najdìte p 2 pro teplotu T 2 z 2. tabulky. Vypoètìte støední teplotu a tlak takto: T = T 1 + T 2, p = p 2 1 p 2 Vypoètìte þstøední èíselnou hustotuÿ páry podle stavové rovnice ideálního plynu: ρ = p/t

Výpoèet kompresibilitního faktoru (Monte Carlo) 12/15 pro plyn provedeme v periodických okrajových podmínkách U¾ máte nastaveno: Show Quantities Menu: Boundary conditions Periodic Menu: Method Monte Carlo (Metropolis) Nastavte teplotu na T = (T 1 + T 2 )/2: cmd: T=èíslo + Enter Nastavte hustotu na ρ: cmd: rho=èíslo + Enter Nechte ustálit Stisknìte record a simulujte aspoò 10 blokù; ulo¾te výsledky V pøíslu¹ném bloku dat v simolant.txt najdìte poslední hodnotu Z Také najdìte Epot (pozdìji jej pou¾ijete jako E pot (g)) Chcete-li být pøesnìj¹í, zkuste zmìnit hustotu tak, aby se výsledný tlak rovnal p, napø. zvolte novou hustotu podle ρ = ρ/z a opakujte Standardní postup je pou¾ít simulaci v NPT souboru se zadaným tlakem p = p, tento soubor není v¹ak z rùzných dùvodù v SIMOLANTu implementován

Pokud se budete nudit... MC nebo MD? Opakujte pøedchozí výpoèet s Menu: Method MC MD (Berendsen) Porovnejte chyby obou metod. Proè je zde MD ménì pøesná? 13/15 Pokud se budete nudit... Alternativní postup získání Z Místo simulace páry v periodických okrajových podmínkách je mo¾né stanovit hustoty páry rovnou v obou simulacích rovnováhy: Menu: Show Vertical density prole V souboru simolant.txt najdete hustotní prol, který zobrazíte (napø. po naètení do Excelu) a z èásti odpovídající plynu získáte jeho hustotu ρ 1, pak Z 1 = p 1 /ρ 1 a stejnì pro druhou teplotu. ρ(y) 1 0.5 kapalina Z obou hodnot Z pak udìláte plyn 0 prùmìr. 0 10 20 30 40 y

Výpoèet výparné entalpie z tlakù nasycených par 14/15 Ze získaných hodnot vypoètìte (pou¾íváme k B = 1) vap H at = Z ln(p 1/p 2 ) 1/T 1 1/T 2 Nezapomeòte spoèítat statistickou chybu výsledku! Ve výsledcích jsou uvedeny odhady standardních chyb stanovené z blokù dat. Staèí uva¾ovat chyby v p 1 a p 2, proto¾e chyby v teplotách a Z jsou relativnì malé: δ rel (p 1 ) 2 + δ rel (p 2 ) 2 δ( vap H at ) = Z 1/T 1 1/T 2 Standardní chyba = smìrodatná odchylka prùmìru zpùsobená náhodnými vlivy. Celková nejistota výsledku zahrnuje kritické posouzení náhodných i systematickych chyb.

Výparná entalpie z vnitøní energie Menu: Boundary conditions Periodic Menu: Show Quantities Nastavte teplotu na T = (T 1 + T 2 )/2 Mù¾ete pou¾ít MC i MD 15/15 u¾ máte nastaveno Pro vìt¹í rychlost mù¾ete trochu zmen¹it slider \measurement block" Posunujte (nejprve rychle, pak pomalu) slider \ρ" (hustota), a¾ tlak (P=) kolísá okolo nuly (pøesnì má být p = p 1 p 2 ). Kongurace musí být homogenní tekutina bez dìr. Zaznamenejte hodnotu E pot (chyba je oproti výpoètu z tlakù zanedbatelná) Epot ((l)) E Spoèítejte: pot (g) vap H at = N (kde E pot (g) jste spoèetli na str. 12) + ZT Ménì pøesná alternativa pro ideální páru: vap H at = Tip: / v okénku slideru Epot Srovnejte s hodnotou podle Clausiovy{Clapeyronovy rovnice N + T