Thermodynamica – week 2
College 2a: laatste deel en samenvatting H2
Enthalpie
Bij constant volume en geen arbeid anders dan expansie
ΔU = q + w en w = 0 geeft ΔU = qV
Echter: meeste reacties worden uitgevoerd bij constante druk
H = U + PV nieuwe toestandsfunctie (voor enthalpie)
- Iets wat we kunnen vaststellen hoe het systeem op dat moment is huidige situatie
W = -PextrenalΔV ΔH = qP
- Systeem zal energie verliezen als ΔV positief (volume toeneemt) is in de vorm van
arbeid
- Externe druk is altijd positief
- De P is constant
- Verschil in enthalpie (als iets uitzet) is precies gelijk toegevoerde/afgevoerde warmte
Reversibele adiabatische expansie ideaal gas
Adiabatische expansie: geen warmte uitwisseling met omgeving: q = 0
- Expansie leidt tot afkoeling van het gas
Isothermische expansie:
- omgeving levert warmte bij expansie (q > 0)
o q is positief, want warmte wordt toegevoerd aan systeem
o systeem verricht arbeid, want moet omgeving wegduwen en dit kost energie
o isotherm energie moet gecompenseerd worden, want gemiddelde
temperatuur blijft hetzelfde
- omgeving neemt warmte op bij compressie (q < 0)
o q is negatief, want warmte wordt afgevoerd
o omgeving arbeid uitoefent op systeem
o temperatuur moet gelijk blijven en warmte moet dus worden afgevoerd
expansie en compressie zijn het tegenovergestelde van elkaar
Microscopisch beeld: adiabatische compressie
Adiabatische compressie a-b:
, a) start situatie
b) compressie: systeem warmt op door arbeid verricht door de omgeving
c) eind situatie: systeem is weer afgekoeld door warmte af te staan aan de omgeving
- hoger liggende niveau zal minder bezet zijn (kans op bovenste niveau bezet is)
- energie afstaan terugvallen van bovenste niveau naar niveau daaronder
- zo kom je meer in de grondtoestand van het systeem
Samenvatting H2
Toestands- en padfuncties
- U en H zijn toestandsfuncties (van P, V, T, en n)
- Q en w zijn padafhankelijke functies
- Expliciete berekeningen mogelijk m.b.v. ideale gaswet
Observaties
- Warmtecapaciteit afhankelijk van conditie (constante P of V)
- Aantal vrijheidsgraden neemt toe met temperatuur
o Meer energieniveaus bereikbaar met hogere temperatuur
o Grotere sprongen maken bij overdragen energie
- Extractie van arbeid maximaal voor reversibele processen
o Reactie heel langzaam laten verlopen en stappen heel klein maken
- Echte processen verlopen irreversibel
College 2a: laatste deel en samenvatting H2
Enthalpie
Bij constant volume en geen arbeid anders dan expansie
ΔU = q + w en w = 0 geeft ΔU = qV
Echter: meeste reacties worden uitgevoerd bij constante druk
H = U + PV nieuwe toestandsfunctie (voor enthalpie)
- Iets wat we kunnen vaststellen hoe het systeem op dat moment is huidige situatie
W = -PextrenalΔV ΔH = qP
- Systeem zal energie verliezen als ΔV positief (volume toeneemt) is in de vorm van
arbeid
- Externe druk is altijd positief
- De P is constant
- Verschil in enthalpie (als iets uitzet) is precies gelijk toegevoerde/afgevoerde warmte
Reversibele adiabatische expansie ideaal gas
Adiabatische expansie: geen warmte uitwisseling met omgeving: q = 0
- Expansie leidt tot afkoeling van het gas
Isothermische expansie:
- omgeving levert warmte bij expansie (q > 0)
o q is positief, want warmte wordt toegevoerd aan systeem
o systeem verricht arbeid, want moet omgeving wegduwen en dit kost energie
o isotherm energie moet gecompenseerd worden, want gemiddelde
temperatuur blijft hetzelfde
- omgeving neemt warmte op bij compressie (q < 0)
o q is negatief, want warmte wordt afgevoerd
o omgeving arbeid uitoefent op systeem
o temperatuur moet gelijk blijven en warmte moet dus worden afgevoerd
expansie en compressie zijn het tegenovergestelde van elkaar
Microscopisch beeld: adiabatische compressie
Adiabatische compressie a-b:
, a) start situatie
b) compressie: systeem warmt op door arbeid verricht door de omgeving
c) eind situatie: systeem is weer afgekoeld door warmte af te staan aan de omgeving
- hoger liggende niveau zal minder bezet zijn (kans op bovenste niveau bezet is)
- energie afstaan terugvallen van bovenste niveau naar niveau daaronder
- zo kom je meer in de grondtoestand van het systeem
Samenvatting H2
Toestands- en padfuncties
- U en H zijn toestandsfuncties (van P, V, T, en n)
- Q en w zijn padafhankelijke functies
- Expliciete berekeningen mogelijk m.b.v. ideale gaswet
Observaties
- Warmtecapaciteit afhankelijk van conditie (constante P of V)
- Aantal vrijheidsgraden neemt toe met temperatuur
o Meer energieniveaus bereikbaar met hogere temperatuur
o Grotere sprongen maken bij overdragen energie
- Extractie van arbeid maximaal voor reversibele processen
o Reactie heel langzaam laten verlopen en stappen heel klein maken
- Echte processen verlopen irreversibel
