Alle tentamen stof
Spijsvertering & thermodynamica
HC 1.1
Thermodynamica
• Bestudeert de interacties tussen grote verzamelingen van deeltjes
op een macroscopisch niveau
- Microscopisch = deeltjes met een positie, snelheid, massa
- Macroscopisch = meetbare/zichtbare grootheden (druk, volume,
temperatuur)
• Klassieke thermodynamica: fenomenologisch (wetten en algemene
relaties tussen grootheden)
• Statistische thermodynamica: theoretisch (macroscopische
grootheden beschrijven met behulp van moleculaire modellen)
Wat is energie?
• = vermogen om arbeid te verrichten/de capaciteit om warmte, licht
of beweging te produceren
• Eenheden:
- Joules (J = Nm = Ws = CV)
- Calorieën (1 cal = 4,18J)
- Elektronvolt (1 eV = 1,6*10-19J)
• Adenosine trifosfaat (ATP) wordt gemaakt en gebruikt in het lichaam
- Veel energie in de fosfaatgroepen
- Veelgebruikte energie-eenheid in de medische wereld (niet zo
handig in de thermodynamica)
• Vormen van energie
- Potentieel (opgeslagen energie)
➔ Mechanisch (elastisch, hoogte)
➔ Chemisch
- Kinetisch (energie uit beweging)
➔ Mechanisch (beweging)
➔ Straling
➔ Thermisch
• Hoeveelheid energie in het universum is constant. Vorm kan slechts
omgezet worden
• Omzettingen:
, • Vormen van energie op moleculaire schaal
- Thermisch: Trillingen
- Chemisch: Covalente bindingen
➔ Wanneer covalente bindingen vormen, wordt potentiële
energie omgezet in kinetische energie (warmte)
- Elektrisch: Ladingen (elektronen, protonen)
Andere belangrijke grootheden + eenheden
• Vermogen: Watt W = J/s
• Druk: Pascal Pa = N/m2
• Massa: Kilogram kg
• Temperatuur: Kelvin K
• Worden vaak gegeven in afgeleide grootheden (eerst omzetten)
• 1 bar = 105 Pa = 100 kPa = 0.1 MPa
• 1 kWh = 3600 kJ (1 kW * 1 uur)
Toestandsvariabele
• Een systeemeigenschap die alleen afhangt van de toestand van het
systeem
- Deze zijn uit te drukken in elkaar U=U(p,T), pV=nRT, ….
- Hangen niet af van de route naar die toestand (arbeid, warmte,
snelheid, kracht)
• Intensief: onafhankelijk van systeemgrootte (vaak per iets, dus bijv.
N/m2 of kg/m3)
• Extensief: afhankelijk van systeemgrootte
0e hoofdwet van de thermodynamica
• Als twee systemen beide in thermisch evenwicht zijn met een derde,
dan zijn ze ook in evenwicht met elkaar
- Dan is er per definitie geen netto warmteuitwisseling tussen hen
Thermodynamische systemen
,Arbeid
• Er bestaan veel verschillende vormen van arbeid
• In dit vak vooral arbeid door volumeverandering
• Verrichtte arbeid (proces: toestand 1 → toestand 2)
-
- Bij compressie/expansie veranderen zowel het volume als de
druk (berekenen van verrichtte arbeid vereist een integraal)
-
-
• Bij compressie ΔW12 > 0 en bij expansie ΔW12 < 0
• ΔU is ongelijk aan ΔW, want arbeid is niet de enige vorm van
energieuitwisseling met de omgeving….. ook warmte ΔQ (behalve bij
een adiabatisch systeem)
HC 1.2
Conductie
• Trillende moleculen in een vaste stof hebben energie en kunnen
deze energie doorgeven aan de buurman door botsingen
• Werkt ook in een vloeistof
• Thermische conductiviteit k hangt af van het materiaal
•
, Convectie
• Warmte transport in een medium en warmte transport naar de
omgeving
• Moleculen in een gas of vloeistof kunnen hun kinetische energie
ergens naartoe transporteren door middel van stroming (in principe
van warm naar koud)
• Stromend medium nodig (geen vaste stof, geen vacuüm)
- Convectie combineert conductieve overdracht naar en transport
in het fluïdum
• h = warmteoverdrachtscoëfficiënt
• Temperatuurregeling
- Je verliest continu warmte aan de omgeving, maar dit wordt
sterk beperkt door kleding
Straling
• Geen moleculen nodig die de warmte overbrengen, maar door
elektromagnetische straling
- Kunnen door vacuüm en materie (maar niet alle materie
net zo makkelijk)
• Dus uitwisseling zonder contact of stroming
• Medische toepassingen (PET-scan, röntgen, MRI, etc.)
• Thermische straling: materie boven 0K zendt thermische
straling uit
- Hoeveelheid hangt sterk af van de temperatuur en van het
materiaal/oppervlak
- In tegenstelling tot conductie en convectie kan warmte tussen 2
objecten ook uitgewisseld worden als het medium ertussen
kouder is dan beide objecten
-
• Kleding houdt straling enigszins tegen
Koelen via verdamping
• Verdampen is een faseovergang (vloeistof → gas)
• ‘Endotherm’ proces
- Warmte nodig om water te verdampen wordt onttrokken uit de
directe omgeving, dus koelt deze af
• Het wijkt fundamenteel af van convectie, conductie en straling:
Spijsvertering & thermodynamica
HC 1.1
Thermodynamica
• Bestudeert de interacties tussen grote verzamelingen van deeltjes
op een macroscopisch niveau
- Microscopisch = deeltjes met een positie, snelheid, massa
- Macroscopisch = meetbare/zichtbare grootheden (druk, volume,
temperatuur)
• Klassieke thermodynamica: fenomenologisch (wetten en algemene
relaties tussen grootheden)
• Statistische thermodynamica: theoretisch (macroscopische
grootheden beschrijven met behulp van moleculaire modellen)
Wat is energie?
• = vermogen om arbeid te verrichten/de capaciteit om warmte, licht
of beweging te produceren
• Eenheden:
- Joules (J = Nm = Ws = CV)
- Calorieën (1 cal = 4,18J)
- Elektronvolt (1 eV = 1,6*10-19J)
• Adenosine trifosfaat (ATP) wordt gemaakt en gebruikt in het lichaam
- Veel energie in de fosfaatgroepen
- Veelgebruikte energie-eenheid in de medische wereld (niet zo
handig in de thermodynamica)
• Vormen van energie
- Potentieel (opgeslagen energie)
➔ Mechanisch (elastisch, hoogte)
➔ Chemisch
- Kinetisch (energie uit beweging)
➔ Mechanisch (beweging)
➔ Straling
➔ Thermisch
• Hoeveelheid energie in het universum is constant. Vorm kan slechts
omgezet worden
• Omzettingen:
, • Vormen van energie op moleculaire schaal
- Thermisch: Trillingen
- Chemisch: Covalente bindingen
➔ Wanneer covalente bindingen vormen, wordt potentiële
energie omgezet in kinetische energie (warmte)
- Elektrisch: Ladingen (elektronen, protonen)
Andere belangrijke grootheden + eenheden
• Vermogen: Watt W = J/s
• Druk: Pascal Pa = N/m2
• Massa: Kilogram kg
• Temperatuur: Kelvin K
• Worden vaak gegeven in afgeleide grootheden (eerst omzetten)
• 1 bar = 105 Pa = 100 kPa = 0.1 MPa
• 1 kWh = 3600 kJ (1 kW * 1 uur)
Toestandsvariabele
• Een systeemeigenschap die alleen afhangt van de toestand van het
systeem
- Deze zijn uit te drukken in elkaar U=U(p,T), pV=nRT, ….
- Hangen niet af van de route naar die toestand (arbeid, warmte,
snelheid, kracht)
• Intensief: onafhankelijk van systeemgrootte (vaak per iets, dus bijv.
N/m2 of kg/m3)
• Extensief: afhankelijk van systeemgrootte
0e hoofdwet van de thermodynamica
• Als twee systemen beide in thermisch evenwicht zijn met een derde,
dan zijn ze ook in evenwicht met elkaar
- Dan is er per definitie geen netto warmteuitwisseling tussen hen
Thermodynamische systemen
,Arbeid
• Er bestaan veel verschillende vormen van arbeid
• In dit vak vooral arbeid door volumeverandering
• Verrichtte arbeid (proces: toestand 1 → toestand 2)
-
- Bij compressie/expansie veranderen zowel het volume als de
druk (berekenen van verrichtte arbeid vereist een integraal)
-
-
• Bij compressie ΔW12 > 0 en bij expansie ΔW12 < 0
• ΔU is ongelijk aan ΔW, want arbeid is niet de enige vorm van
energieuitwisseling met de omgeving….. ook warmte ΔQ (behalve bij
een adiabatisch systeem)
HC 1.2
Conductie
• Trillende moleculen in een vaste stof hebben energie en kunnen
deze energie doorgeven aan de buurman door botsingen
• Werkt ook in een vloeistof
• Thermische conductiviteit k hangt af van het materiaal
•
, Convectie
• Warmte transport in een medium en warmte transport naar de
omgeving
• Moleculen in een gas of vloeistof kunnen hun kinetische energie
ergens naartoe transporteren door middel van stroming (in principe
van warm naar koud)
• Stromend medium nodig (geen vaste stof, geen vacuüm)
- Convectie combineert conductieve overdracht naar en transport
in het fluïdum
• h = warmteoverdrachtscoëfficiënt
• Temperatuurregeling
- Je verliest continu warmte aan de omgeving, maar dit wordt
sterk beperkt door kleding
Straling
• Geen moleculen nodig die de warmte overbrengen, maar door
elektromagnetische straling
- Kunnen door vacuüm en materie (maar niet alle materie
net zo makkelijk)
• Dus uitwisseling zonder contact of stroming
• Medische toepassingen (PET-scan, röntgen, MRI, etc.)
• Thermische straling: materie boven 0K zendt thermische
straling uit
- Hoeveelheid hangt sterk af van de temperatuur en van het
materiaal/oppervlak
- In tegenstelling tot conductie en convectie kan warmte tussen 2
objecten ook uitgewisseld worden als het medium ertussen
kouder is dan beide objecten
-
• Kleding houdt straling enigszins tegen
Koelen via verdamping
• Verdampen is een faseovergang (vloeistof → gas)
• ‘Endotherm’ proces
- Warmte nodig om water te verdampen wordt onttrokken uit de
directe omgeving, dus koelt deze af
• Het wijkt fundamenteel af van convectie, conductie en straling:
