Fysikk - termofysikk
Moderators: Aleks855, Gustav, Nebuchadnezzar, Janhaa, DennisChristensen, Emilga
-
sofi
Hvorfor blir den indre energien lavere enn tilført varme ved fordamping av vann, er det at gassen utvider seg og gjør et arbeid? Og hvorfor tar det i virkeligheten lenger tid å smelte eller fordampe is og vann, når vi regner oss fram til en tid ved bruk av Q=qm og t=Q/P?
I termodynamikken skriver vi
[tex]dU=TdS-pdV[/tex]
Som er en fancy måte å skrive at forandringen i indre energi er forandringen i varme minus forandringen i arbeid. dS er den infinitesimale forandringen i entropi og dV er den infinitesimale forandringen i volum. Merk at [tex]TdS=\delta Q[/tex], altså forandringen i varme, og $pdV=\delta W$, altså forandringen i arbeid. Da leser vi likningen som følgende
$$dU=\delta Q-\delta W$$
Da er det rimelig, som du insinuerer, at den indre energien er mindre fordi det gjøres et arbeid. Når vann utvides til mettet/superhetet damp gjøres det et arbeid. Regner med du går VG2 i og med at det er termisk fysikk du driver med. Senere hvis du skal bli ingeniør i retning maskin eller noe liknende får du en noe bedre forståelse for hvorfor, men lite versjonen er rett og slett en nyttig definisjon av arbeid som sier at
$$W=\int_{\textrm{V}_1}^{\textrm{V}_2}pdV$$
Dette sier essensielt sett at arbeidet er lik arealet under en trykk-volum funksjon. Hvis vi antar at ekspansjonen gjøres med konstant trykk ser vi at
$$W=\int_{\textrm{V}_1}^{\textrm{V}_2}pdV=p\int_{\textrm{V}_1}^{\textrm{V}_2} dV=p(V_2-V_1)=p\Delta V$$
Som viser at arbeid gjøres når væsken utvider seg til gass. Du lærer mer om integralregning i matematikk R2, så da gir dette svaret kanskje litt mer mening.
Når det gjelder det andre spørsmålet er den en hel haug med faktorer som spiller inn i dette. Likningen dere får utdelt er idealisert, dvs. at under perfekte omstendigheter vil likninga holde. Nå har det seg jo slik at vi i virkeligheten aldri har perfekte omstendigheter. En av faktorene som definitivt spiller en rolle er hvordan du varmer opp vannet. Ulike kasseroller/kjeler, osv. har forskjellige materialer som har forskjellig termisk konduktivitet, altså muligheten til å overføre varme fra ett punkt til et annet. Prøver du f.eks. å koke vann i en tenkt kasserolle lagd av plastikk ville det (forutsatt at plasten ikke smelter) tatt betraktelig lengre tid enn hvis du hadde varmet den opp i en kasserolle av kobber, aluminium eller stål.
[tex]dU=TdS-pdV[/tex]
Som er en fancy måte å skrive at forandringen i indre energi er forandringen i varme minus forandringen i arbeid. dS er den infinitesimale forandringen i entropi og dV er den infinitesimale forandringen i volum. Merk at [tex]TdS=\delta Q[/tex], altså forandringen i varme, og $pdV=\delta W$, altså forandringen i arbeid. Da leser vi likningen som følgende
$$dU=\delta Q-\delta W$$
Da er det rimelig, som du insinuerer, at den indre energien er mindre fordi det gjøres et arbeid. Når vann utvides til mettet/superhetet damp gjøres det et arbeid. Regner med du går VG2 i og med at det er termisk fysikk du driver med. Senere hvis du skal bli ingeniør i retning maskin eller noe liknende får du en noe bedre forståelse for hvorfor, men lite versjonen er rett og slett en nyttig definisjon av arbeid som sier at
$$W=\int_{\textrm{V}_1}^{\textrm{V}_2}pdV$$
Dette sier essensielt sett at arbeidet er lik arealet under en trykk-volum funksjon. Hvis vi antar at ekspansjonen gjøres med konstant trykk ser vi at
$$W=\int_{\textrm{V}_1}^{\textrm{V}_2}pdV=p\int_{\textrm{V}_1}^{\textrm{V}_2} dV=p(V_2-V_1)=p\Delta V$$
Som viser at arbeid gjøres når væsken utvider seg til gass. Du lærer mer om integralregning i matematikk R2, så da gir dette svaret kanskje litt mer mening.
Når det gjelder det andre spørsmålet er den en hel haug med faktorer som spiller inn i dette. Likningen dere får utdelt er idealisert, dvs. at under perfekte omstendigheter vil likninga holde. Nå har det seg jo slik at vi i virkeligheten aldri har perfekte omstendigheter. En av faktorene som definitivt spiller en rolle er hvordan du varmer opp vannet. Ulike kasseroller/kjeler, osv. har forskjellige materialer som har forskjellig termisk konduktivitet, altså muligheten til å overføre varme fra ett punkt til et annet. Prøver du f.eks. å koke vann i en tenkt kasserolle lagd av plastikk ville det (forutsatt at plasten ikke smelter) tatt betraktelig lengre tid enn hvis du hadde varmet den opp i en kasserolle av kobber, aluminium eller stål.