Dodatkové příklady k předmětu Termika a Molekulová Fyzika. Dr. Petr Jizba. II. princip termodamický a jeho aplikace

Podobné dokumenty
Dodatkové příklady k předmětu Termika a Molekulová Fyzika. Dr. Petr Jizba. II. princip termodamický a jeho aplikace

Cvičení z termodynamiky a statistické fyziky

Cvičení z termodynamiky a statistické fyziky

TERMIKA VIII. Joule uv a Thompson uv pokus pro reálné plyny

Cvičení z termodynamiky a statistické fyziky

Termodynamika ideálního plynu

Fyzikální chemie. 1.2 Termodynamika

Cvičení z termomechaniky Cvičení 5.

TERMIKA VI. Pfaffovy formy; Absolutní termodynamická teplota; Entropie trochu jinak; Tepelná kapacita K V a K p ;

Matematika termodynamiky

Termodynamické základy ocelářských pochodů

II. MOLEKULOVÁ FYZIKA 1. Základy termodynamiky IV

Teorie. Hinty. kunck6am

F6040 Termodynamika a statistická fyzika

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ

Stavová rovnice. Ve stavu termodynamické rovnováhy termodynamicky homogenní soustavy jsou všechny vnitřní parametry Y i

V p-v diagramu je tento proces znázorněn hyperbolou spojující body obou stavů plynu, je to tzv. izoterma :

Teorie. Hinty. kunck6am

III. Základy termodynamiky

Kvantová a statistická fyzika 2 (Termodynamika a statistická fyzika)

E = 1,1872 V ( = E Cu. (γ ± = 0, ,001 < I < 0,1 rozšířený D-H vztah)

W pot. F x. F y. Termodynamické potenciály. V minulé kapitole jsme poznali novou stavovou veliinu entropii S a vidli jsme, že ji lze používat

Oddělení technické elektrochemie, A037. LABORATORNÍ PRÁCE č.9 CYKLICKÁ VOLTAMETRIE

TERMOMECHANIKA 4. První zákon termodynamiky

Diferenciál funkce dvou proměnných. Má-li funkce f = f(x, y) spojité parciální derivace v bodě a, pak lineární formu (funkci)

8.3). S ohledem na jednoduchost a názornost je výhodné seznámit se s touto Základní pojmy a vztahy. Definice

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2018) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Posloupnosti a řady funkcí. študenti MFF 15. augusta 2008

Úvod do parciálních diferenciálních rovnic. 2 Kanonický tvar lineárních PDR 2. řádu pro funkce

13. cvičení z Matematické analýzy 2

PŘEDNÁŠKA 9 KŘIVKOVÝ A PLOŠNÝ INTEGRÁL 1. DRUHU

21. Úvod do teorie parciálních diferenciálních rovnic

Cvičení z NOFY / Termodynamika. 1 Cvičení Totální diferenciál. 1.1 Totální diferenciál Teplota a tlak pro ideální plyn

Gibbsova a Helmholtzova energie. Def. Gibbsovy energie G. Def. Helmholtzovy energie A

VLHKÝ VZDUCH STAVOVÉ VELIČINY

Katedra matematiky Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze. Zápočtová písemná práce č. 1 z předmětu 01MAB3 varianta A

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2017) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

PLOŠNÉ INTEGRÁLY V praxi se vyskytuje potřeba integrovat funkce nejen podle křivých čar, ale i podle křivých ploch (např. přes povrch koule).

Definice : 1 Bod A Ω En se naývá vnitřní bod oboru Ω, kdž eistuje okolí U A, které celé patří do oboru Ω Bod B se naývá hraniční bod oboru Ω, kdž v ka

1. Je dána funkce f(x, y) a g(x, y, z). Vypište symbolicky všechny 1., 2. a 3. parciální derivace funkce f a funkce g.

Poznámky k cvičením z termomechaniky Cvičení 3.

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 2. ČÁST

Diferenciál funkce. L Hospitalovo pravidlo. 22. a 23. března 2011

M - Příprava na 1. čtvrtletku - třída 3ODK

EKONOMETRIE 4. přednáška Modely chování spotřebitele

VEKTOROVÁ POLE VEKTOROVÁ POLE

I. Diferenciální rovnice. 3. Rovnici y = x+y+1. převeďte vhodnou transformací na rovnici homogenní (vzniklou

MAGNETICKÉ POLE CÍVEK V HELMHOLTZOVĚ USPOŘÁDÁNÍ

Zápo tová písemná práce. 1 z p edm tu 01RMF varianta A

Výpočty za použití zákonů pro ideální plyn

Kapitola 10: Diferenciální rovnice 1/14

Radiologická fyzika základy diferenciálního počtu derivace a tečny, integrály a plochy diferenciální rovnice

Řešení: Nejprve musíme napsat parametrické rovnice křivky C. Asi nejjednodušší parametrizace je. t t dt = t 1. x = A + ( B A ) t, 0 t 1,

Do známky zkoušky rovnocenným podílem započítávají získané body ze zápočtového testu.

F4 SÍLA, PRÁCE, ENERGIE A HYBNOST

1 Funkce dvou a tří proměnných

T leso. T leso. nap ě tí na prostorovém elementu normálové - působí kolmo k ploše smykové - působí v ploše

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují. s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje

HYDROPNEUMATICKÝ VAKOVÝ AKUMULÁTOR

Fáze a fázové přechody

Učební texty k státní bakalářské zkoušce Matematika Diferenciální rovnice. študenti MFF 15. augusta 2008

KLASICKÁ MECHANIKA. Předmětem mechaniky matematický popis mechanického pohybu v prostoru a v čase a jeho příčiny.


Globální extrémy (na kompaktní množině)

Uzavřené a otevřené množiny

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

TERMODYNAMIKA 1. AXIOMATICKÁ VÝSTAVBA KLASICKÉ TD Základní pojmy

14. cvičení z Matematické analýzy 2

Nalezněte hladiny následujících funkcí. Pro které hodnoty C R jsou hladiny neprázdné

7. Měření dutých objemů pomocí komprese plynu a určení Poissonovy konstanty vzduchu Úkol 1: Určete objem skleněné láhve s kohoutem kompresí plynu.

Diferenciální počet funkcí více proměnných

1.5.2 Mechanická práce II

NMAF063 Matematika pro fyziky III Zápočtová písemná práce B Termín pro odevzdání 4. ledna 2019

MFT - Matamatika a fyzika pro techniky

4. Diferenciál a Taylorova věta

22 Základní vlastnosti distribucí

Transformujte diferenciální výraz x f x + y f do polárních souřadnic r a ϕ, které jsou definovány vztahy x = r cos ϕ a y = r sin ϕ.

12.1 Úvod. Poznámka : Příklad 12.1: Funkce f(t) = e t2 nemá Laplaceův obraz. Příklad 12.2: a) L{1} = 1 p, p > 0 ; b) L{ eat } = 1, [ZMA15-P73]

pouze u některých typů rovnic a v tomto textu se jím nebudeme až na

Termomechanika 6. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Obrázek1:Nevratnáexpanzeplynupřesporéznípřepážkudooblastisnižšímtlakem p 2 < p 1

A[a 1 ; a 2 ; a 3 ] souřadnice bodu A v kartézské soustavě souřadnic O xyz

KRUHOVÝ DĚJ S IDEÁLNÍM PLYNEM. Studijní text pro řešitele FO a ostatní zájemce o fyziku. Přemysl Šedivý. 1 Základní pojmy 2

Funkce zadané implicitně

Termodynamika pro +EE1 a PEE

Matematika I A ukázkový test 1 pro 2014/2015

Jméno... Cvičení den... hodina... Datum...rok... Počet listů... Varianta A

Obyčejnými diferenciálními rovnicemi (ODR) budeme nazývat rovnice, ve kterých

y Obrázek 1.26: Průměrová rovina válcové plochy

+ 2y y = nf ; x 0. závisí pouze na vzdálenosti bodu (x, y) od počátku, vyhovuje rovnici. y F x x F y = 0. x y. x x + y F. y = F

1. Cvičení: Opakování derivace a integrály

Termodynamické potenciály

Obsah PŘEDMLUVA...9 ÚVOD TEORETICKÁ MECHANIKA...15

8.2. Exaktní rovnice. F(x, y) x. dy. df = dx + y. Nyní budeme hledat odpověd na otázku, zda a jak lze od této diferenciální formule

Vyhněte se katastrofám pomocí výpočetní matematiky

Laplaceova transformace.

OBYČEJNÉ DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE DIFERENCIÁLNÍ ROVNICE 1.ŘÁDU

MATEMATIKA II - vybrané úlohy ze zkoušek ( 2015)

Matematika II, úroveň A ukázkový test č. 1 (2016) 1. a) Napište postačující podmínku pro diferencovatelnost funkce n-proměnných v otevřené

Transkript:

Dodatkové říklady k ředmětu Termika a Molekulová Fyika Dr Petr Jiba II rinci termodamický a jeho alikace Pfaffovy formy a exaktní diferenciály Příklad 1: Určete která následujících 1-forem je exaktním direnciálem: (a) (b) (c) (d) (e) (3x + 2)y dx + x(x + 1) dy y tan x dx + x tan y dy y 2 (ln x + 1) dx + 2xy ln x dy y 2 (ln x + 1) dy + 2xy ln x dx x x 2 + y 2 dy y x 2 + y 2 dx Příklad 2: Dokažte že 1-forma ω 2 x 2 dy (y 2 + xy) dx není exaktní (diferenciál) ale dg (xy 2 ) 1 ω 2 již je Příklad 3: Dokažte že 1-forma ω 2 y(1 + x x 2 ) dx + x(x + 1) dy není exaktním diferenciálem Naleněte diferenciální rovnici kterou funkce g(x) musí slňovat aby dφ g(x)ω 2 byl exaktním diferenciálem Presvěčte se že g(x) e x je řešením této rovnice a určete tvar funkce φ(x y) Příklad 4: (cyklická relace ro arciální derivace) Dokažte že mei libovolnými třemi ávislými roměnnými x y latí vtah: ( ) ( ) ( ) y x 1 x x y y Předchoí rovnost latí vždy když není některá derivací nulová Hint: M uže se vám hodit fakt že ( ) x y řiadě že vtah oužijete dokažte jej ( ) 1 y x Příklad 5: Jedna možných stavových rovnic ro neideální lyn (Dietericiho rovnice) má tvar ( R ex α ) R

kde α je konstanta a R je lynová konstanta Sočtěte výray ( ) ( ) ( ) a ukažte že jejich součin je oravdu 1 Příklad 6: Dokažte že ( ) Termodynamické otenciály a Maxwellovy vtahy S ( ) S a ( ) O srávnosti výsledku se také řesvěčte oužitím Maxwellova magického čtverce Příklad 7a: S oužitím Maxwellových vtah u dokažte že ro 1 mol latí C ( 2 ) F 2 C ( 2 ) G 2 Zde F je Helmholtova volná energie a G je Gibbsova volná energie (Gibbs uv otenciál) Příklad 7b: S oužitím Maxwellových vtah u dokažte že ( ) ( ) (F/) (G/) U 2 a H 2 Zde U je vnitřní energie F je Helmholtova volná energie H je entalie a G je Gibbsova volná energie Příklad 8: Pro jistý termodynamický systém se exerimentálně jistilo že jeho Gibbsova volná energie má následující funkční ávislost (latí ro 1 mol): [ ] α G( ) R ln (R) 5/2 (α a R jsou konstanty) Dokažte že C 5 2 R Hint: M uže se vám hodit fakt že S ( ) G Termodynamika nechemických systém u + an der Waals uv lyn Příklad 9: an der Waals uv lyn je osán stavovou rovnicí (ro 1 mol) R b a 2

kde a a b jsou konstanty limitě (limita ideálního lynu) má vnitřní energie U tvar U C (lus neodstatná konstanta) Naleněte exlicitní tvar ro U( ) Hint: M uže se vám hodit relace: ( ) Příklad 10: Dokažte že ro an der Waals uv lyn C neávisí na Jakou odmínku musí slňovat aby tento výsledek latil i v jiných chemických systémech? Hint: M uže se vám hodit relace a fakt že výra (ro 1 mol) ( ) ( ( ) ) C U má být roven nule Příklad 11: Určete obecněný Mayer uv vtah ro 1 mol an der Waalsova lynu Hint: M uže se vám hodit vtah odvoený na cvičení [( ) ] ( ) U K K + a cyklická relace ro arciální derivace (vi říklad 4) ( ) ( ) Příklad 12: Určete druhý a třetí viriálový koeficient ro an der Waals uv lyn Příklad 13: Termodynamika klasického aramagnetického systému je dána stavovými roměnnými M (vektor magnetiace) H (vektor intenity magnetického ole) a Stavová rovnice je dána Curieovým ákonem (ři telotách 10 2 10 3 K a malých H ) M C H kde C je Curieova konstanta Předokládejte že vnitřní energie U M H je konstantní a infinitesimální měna ráce kterou systém vykoná na svém okolí ři infiniteimální měně dm je δw H dm následujících výraech dolňte chybějící informace (a) (b) δq (? ) dm + (? ) dh ds (? ) dm + (? ) dh (c) S(M H)? Příklad 14: Pro magnetické materiály (magnetika) le I rinci termodynamický formulovat ve tvaru ds du H dm (ro jednoduchost neuvažujeme říadnou mechanickou ráci) Zde H je vektor intenity magnetického ole a M je vektor magnetiace Dokažte že ( ) ( ) Mi S H i H H k k i

Hint: K odvoení se vám m uže hodit magnetický termodynamický otenciál: Ψ U S H M Příklad 15: Uvažujte ředchoí říklad a ředokládejte že jak M tak i H mají oue -tovou složku nenulovou takovém říadě H dm HdM kde M M a H H Pro secifický ty magnetické soli se exerimentálně jistila následující ávislost ( M(H ) M 0 [1 ex α H )] (α je materiálová konstanta) Dokažte že výší-li se iotermicky H H 0 0 do H 1 (H 1 je takové ole ři němž M dosáhne hodnoty 3 4 M 0) otom se entroie soli sníží o hodnotu M 0 (3 ln 4) 4α Příklad 16: Uvažujte 1 mol aramagnetika v němž M a H mají oue nenulové -tové složky Dokažte že ro teelnou kaacitu C H ři konstantním H a ro teelnou kaacitu C M ři konstantním M latí: C M M C H M + [ H M ] ( ) M H Použijte dále I ákon termodynamický; ds(m ) du(m ) H(M )dm a odmínku integrability ro entroii solu s Curieovým ákonem a ukažte že 0 M Tato relace je římočarou analogií obdobného tvrení ro ideální lyn (tj U neávisí na ) Použijte tyto výsledky k tomu aby jste dokáali obecněný Mayer uv vtah C H C M CH2 2 M 2 C (C je Curieova constanta) šimněte si že řadu výsledk u které jsme obdrželi ro chemické systemy le v magnetikách často ískat formální áměnou H a M Příklad 17: Diskutujte ředchoí výsledky ro dielektrika tj určete C E C P Pro dielektrika I rinci termodynamický má tvar: ds du EdP (E je intenita el ole a P je olariace) Stavová rovnice (Curie uv ákon) má tvar: P CE/ ( C je Curieova konstanta) Příklad 18: (a) Jestliže se ryžový roužek natáhne adiabaticky výší se jeho telota sníži a nebo ustane neměněná? (b) Jestliže se ryžový roužek natáhne iotermicky výší se jeho entroie sníži a nebo ustane neměněná? (c) Jestliže se ryžový roužek natáhne adiabaticky výší se jeho vnitřní energie sníži a nebo ustane neměněná? Pokuste se interretovat ískaná chování Hint: M uže se vám hodit že ro ryž latí δw kxdx (okud natahováni je ve směru osy x konstanta k se naýva koeficient elasticity) Příadné Maxwellovy relace se dají odvodit analogickým usobem jako v chemických systémech

III rinci termodamický a jeho alikace Příklad 19: Dokažte že koeficient iobarické rotažnosti β a koeficient iochorické roínavosti γ jsou rovny nule ři 0 Diskutujte tyto výsledky Hint: Pro β se se vám mohou hodit vtahy (latné ro 1 mol) C a Maxwell uv vtah ( ) Podobně ro γ C se vám mohou hodit vtahy (latné ro 1 mol) a Maxwell uv vtah ( ) Příklad 20: Dokažte že Curieho ákon ro magnetika nelatí ři 0 Hint: C tvrdí že ro homogenní iotroní magnetika je suscetibilita χ C/ (C je Curieho constanta) Dokážte nař že ( χ/) B 0 0