Päivää, hyvät fyysikot ja fysiikasta kiinnostuneet!

Tarvitsisin vähän apua eräässä termodynamiikan tehtävässä.

Tehtävä kuuluu seuraavasti:

"Fysiikan opiskelija puhaltaa opiskelijahuoneessa ilmapallon, jonka tilavuus on 5 litraa, lämpötila 33 celsiusta ja paine 0,11 MPa. Hän vie pallon ulos [ulkona lämpötila T0 (eli lämpötila T, alaindeksi 0) = 0 celsiusta ja paine P0 = 0,1MPa ] ja räjäyttää sen pistämällä hakaneulalla. Miten maailmankaikkeuden entropia muuttuu pallon hajotessa? Pallon kuorta ei tarvitse huomioida."

Vinkiksi on annettu, että kannattaa laskea pallon sisältämän ilman entropian muutos jotain reversiibeliä reittiä pitkin ja lisätä siihen ympäristön entropian muutos ja että ilman voi olettaa käyttytyvän ideaalikaasun tavoin, jolloin Cv = (5/2)*nR, missä Cv lämpökapasiteetti, kun tilavuus vakio, n ainemäärä ja R kaasuvakio.

En nyt oikein saa kiinni tästä. Prujussa on kerrottu, miten entropian muutos lasketaan, kun ideaalikaasu laajenee reversiibelisti ja isotermisesti, sekä vapaan adiabaattisen ja irreversiibelin ideaalikaasun entropian muutoksen laskeminen.
Prujussa neuvotaan myös, miten entropian muutos lasketaan, jos kyseessä on kappaleen lämmitys isokoorisesti tai isobaarisesti.

Tässä tilanteessa kysymyksessä ei ole isoterminen laajeneminen, eikä adiabaattinen laajeneminen. Myös paine muuttuu, ja laajetessa tietysti myös tilavuus muuttuu (eli prosessi ei ole isokoorinen).

Avusta olisin todella kiitollinen. Jotenkin prosessia pitäisi varmaan tutkia kahdessa osassa: pallon sisältämän ilman entropian muutos, sekä ympäristön entropian muutos..

Kiitos, jo etukäteen, jos osaat auttaa!
2309
Äänestä

Muut lukivat myös

Vastaukset 2

Vanhimmat

Entropialaskut ovat aina vähän hankalia, mutta luulisin tämän menevän näin:

Lasketaan ensin paljonko pallossa on ilmaa: m = tiheys*tilavuus = 110*28,965/(8,314*306)*0,005 = 0,00626 kg.

Ilman entropian muutos "räjähdyksessä" on ds = cp*ln(T2/T1) - Ru/M*ln(p2/p1) = 1,005*ln(273/306) - 8,314/28,965*ln(0,1/0,11) = -0,0873 kJ/kgK.

Ympäristöön vapautuu lämpöä pallon sisällä olevan ilman jäähtyessä määrä cp*(T1 - T2) = 1,005*33 = 33,165 kJ/kg, joten ympäristön entropian muutos on deltas = 33,165/273 = 0,12148 kJ/kgK.

Koko tapahtumassa entropia muuttuu määrän -0,0873 0,1215 = 0,0342 kJ/kgK eli kun massa oli 0,00626 kg, niin kysymäsi maailmankaikkeuden entropia kasvaa määrällä 0,00626*0,0342 = 0,214 J/K. Tapahtuma on siis irreversiibeli, kuten pitääkin.

Äänestä
  • Kiitos paljon! :)

    Äänestä

Kommentoi aloitusta


Sähkömarsu kirjoitti:

Tarvitsisin vähän apua eräässä termodynamiikan tehtävässä.

Tehtävä kuuluu seuraavasti:

"Fysiikan opiskelija puhaltaa opiskelijahuoneessa ilmapallon, jonka tilavuus on 5 litraa, lämpötila 33 celsiusta ja paine 0,11 MPa. Hän vie pallon ulos [ulkona lämpötila T0 (eli lämpötila T, alaindeksi 0) = 0 celsiusta ja paine P0 = 0,1MPa ] ja räjäyttää sen pistämällä hakaneulalla. Miten maailmankaikkeuden entropia muuttuu pallon hajotessa? Pallon kuorta ei tarvitse huomioida."

Vinkiksi on annettu, että kannattaa laskea pallon sisältämän ilman entropian muutos jotain reversiibeliä reittiä pitkin ja lisätä siihen ympäristön entropian muutos ja että ilman voi olettaa käyttytyvän ideaalikaasun tavoin, jolloin Cv = (5/2)*nR, missä Cv lämpökapasiteetti, kun tilavuus vakio, n ainemäärä ja R kaasuvakio.

En nyt oikein saa kiinni tästä. Prujussa on kerrottu, miten entropian muutos lasketaan, kun ideaalikaasu laajenee reversiibelisti ja isotermisesti, sekä vapaan adiabaattisen ja irreversiibelin ideaalikaasun entropian muutoksen laskeminen.
Prujussa neuvotaan myös, miten entropian muutos lasketaan, jos kyseessä on kappaleen lämmitys isokoorisesti tai isobaarisesti.

Tässä tilanteessa kysymyksessä ei ole isoterminen laajeneminen, eikä adiabaattinen laajeneminen. Myös paine muuttuu, ja laajetessa tietysti myös tilavuus muuttuu (eli prosessi ei ole isokoorinen).

Avusta olisin todella kiitollinen. Jotenkin prosessia pitäisi varmaan tutkia kahdessa osassa: pallon sisältämän ilman entropian muutos, sekä ympäristön entropian muutos..

Kiitos, jo etukäteen, jos osaat auttaa!

Anonyymi
5000

Ilmoita asiaton sisältö

  • Sisältää materiaalia, joka on loukkaavaa, herjaavaa, rasistista, uhkailevaa tai ahdistelevaa.

  • Materiaali sisältää nimiä, yhteystietoja tai muita henkilökohtaisia tietoja. Julkisuuden henkilöistä, julkisissa viroissa toimivista ihmisistä sekä yritysten vastuuhenkilöistä saa keskustella työhön liittyen. Myös yksityiselämään liittyvistä asioista voi keskustella siltä osin, kuin niistä on julkisesti kerrottu.

  • Sisältää lapsille haitallista tai heiltä kiellettyä materiaalia. Seksuaalinen sisältö on sallittua aiheeseen tarkoitetuilla palstoilla, joiden ikäraja on 18 vuotta.

  • Lainvastaista sisältöä voi olla mm. yksityiselämää loukkaavan tiedon levitys, kiihottaminen kansanryhmää vastaan, laiton uhkaaminen, alaikäisiin liittyvä seksuaalinen sisältö/grooming, petokset, identiteettivarkaudet, kunnianloukkaukset ja tekijänoikeusrikkomukset.

  • Sisältö ei liity palstan tai keskusteluketjun aiheeseen.

  • Viesti ei ole suomea tai ruotsia (pl. International Forums), se sisältää mainontaa, se sisältää tekijänoikeuksin suojattua materiaalia, se on massapostitus tai jokin muu syy.

Jaa keskustelu