Chapter 2 - 1st Law of Thermodynamics

Question 1

When is a process reversible?

Answer 1

A process is reversible if, after the process occurs, the system can be returned to its original state without any net effect on the surroundings. This result occurs only when the driving force is infinitesimally small

Question 2

Can a process be reversible if there is friction

Answer 2

NO

Question 3

Can reversible processes be realized in real life?

Answer 3

No - they can only be accomplished by changing driving forces to a process by infinitesimal amounts

Question 4

The core of why real processes are irreversible?

Answer 4

In real processes we have friction with finite driving forces

Question 5

As j dink aan die definisie van n reversible process, wat is die implikasie vir real world processes?

Answer 5

As jy n regte wereld proses wil terugvat tot sy begin toestand, moet daar n netto verandering in die omgewing plaasvind

Question 6

Wat is die molar volume?

Answer 6

Dit is die m3 van 1 mol van n spesie

Molere volume, volume van 1 mol van n spesie
Vm = V/n

Question 7

As j n piston het, 1 atm buite en met n gewig op die piston, wat is die druk binne die cylinder

Answer 7

P total = 1atm + (mg/A)

Question 8

To calculate theoretical work done to expand a volume against an external pressure. Ander interessante vorm van hierdie vergelyking?

Answer 8

w = -(I)P(external)dV

Jy kan ook met molere volume werk, dan is hou antwoord in J/mol

Question 9

In die piston voorbeeld, met hierdie hele verduideliking van Reversible vs Irreversible - wat neem hulle gald nie in ag nie?

Answer 9

Ossiliasies. As jy die gewig afhaal gaan jy waarskynlik na beide kante overshoot, afhangende van die momentum en wrywing, maar hy gaan steeds op dieselfde plek tot stilstand kom, en die addisionele werk uitgeoefen (op die omgewing, sowel as die cylinder volume) gaan uitkanselleer

Question 10

As ons nou die proses oorweeg waar n enkele gewig adgehaal was van n piston (isothermal expansion), hoe vergelyk die werk verrig wanneer ons die gewig terugsit?

Answer 10

Nou is die konstante druk 1atm plus die druk agv die gewig, wat uitwerk oor n afstand. Die energie benodig is 8,000J/mol, waar die uitsetting slega 4,000J/mol waa

Question 11

Wat gebeur nou met die energie benodig as ons die gewig wat ons opsiy en afhaal in twee stappe doen?

Answer 11

Jy kry meer energie uit die sisteem uit (-4667J versus -4000J), en jy het ook nodig om minder energie van die omgewing te vat om weer terug te keer na state 1 (6667J versus 8000J)

Question 12

Selfde voorbeel van die pistone en gewigte. As ons nou, nie twee gewigte nie, maar oneindig kleintjies?

Answer 12

Dan raak die werk verrig deur die sisterm n maksimum (5545kJ) en die werk nodig om weer terug te keer n minimum 5545kJ. Hulle is ook dan dieselfde met geen netto omgewings effek

Question 13

Heat and work are path dependent?

Answer 13

true, you need to accurately describe the process to determine

Question 14

Reversible Isomthermal Expansion/Compression. Benadering, hoof vergelykings, om dU, W en Q te bepaal?

Answer 14

dU = 0 (internal energy of an ideal gas is only a function of temperature)
W = -(I)PdV
V = (nRT)/(P)

Question 15

Reversible Isothermal expansion/compression - hoe werk jy dV uit om in die dP term in te vervang om die werk te bepaal?

Answer 15

d/dP op die ideale gaswet
dV = (-nRT/P^2)dP

Question 16

Reversible isothermal expansion (compression) of an ideal gas What is W and Q equal to?

Answer 16

Aan mekaar, in grootte
W = nRTln(P2/P1)
Q = -W

Question 17

Jy moet ng weer kyk na die afleiding, maar hoe definieer ons Cv en Cp

Answer 17

Cv = dU/dT by konstante v
Cp = dH/dT by konstante p

Question 18

U, w en q terme vir n adiabatiese proses is n massiewe afleiding, praat net eers in bree stappe daaroor

Answer 18

dQ = 0
dU = nCvdT
dW = (I)-PdV
Die twee hierbo is dan gelyk aanmekaar
gebruik dan die ideale gaswet en prdukreel om dT te bepaal en vervang terug in die vergelyking in
Onthou dat R+Cv = Cp
Definieer k=Cp/Cv integreer weerskante en kry drukke eenkant, volume anderkant en dan verder…

Question 19

Wat is die uiteinde van die wiskundige manipulasie met n adiabatiese, omkeerbare proses, voor ons finaal dU en W kan bepaal

Answer 19

ln(P1V1^k) = ln(P2V2^k)
so PV^k bly konstant tussen die toestande

Question 20

Met n adiabatiese, omkeerbare proses, as ons weet PV^k bly konstant, hoe sal n mens dan op die ou end die werk verrig bepaal?

Answer 20

maak P die onderwerk (stel aanvanklik gelyk aan n konstante)
As jy dan in die werk vergelyking in vervang, kan jy integreer en gebruik dan die gaswet vir W = (nR/(k-1))(T2-T1)

Question 21

Eenvoudig, maar wat bedoel ons met n siklus?

Answer 21

Maar net n proses wat deur n aantal stappe gaan net om terug te keer na die oorspronklike toestand. Word tipies gebruik vir verhitting of verkoeling

Question 22

Beskryf die Carnot siklus en na wie is dit vernoem?

Answer 22

Sadi Carnot - Franse ingenieur wat dit in 1824 ontwikkel het
Bestaan uit vier stappe:
1. Isothermal expansion
2. Adiabatic expansion
3. Isothermal compression
4. Adiabatic compression

Question 23

Vir die Carnot siklus, hoe bepaal ons die totale werk wat deur die sisteem verrig word? En dit hitte verandering?

Answer 23

Wnet = W(2 expansion steps) - W(2 compression steps)
Dit is n siklus, dU van die sisteem is nil, so Q = W
En ons het twee adiabtiese stappe waar geen hitte oordrag plaasvind nie…

Question 24

Hoe word die efficiency van die carnot siklus bepaal?

Answer 24

efficiency = net work/heat absorbed from the hot reservoir
Hierdie is eintlik eenvoudig. As ek min werk verrig, gaan ek noodwending weer baie energie vloei he na die koue medium (ipv die energie gebruik om werk te verrig)

Question 25

Wat is dienomgekeerde van die carnot heat cycle?

Answer 25

Die carnot refrigeration cycle

Question 26

Baie kortliks, hoe verskil die carnot refrigeration cycle van die carnot engine? Hoe word effektiwiteit gemeet?

Answer 26

Hitte word hier absorbeer van die koue reservoir. En ons het werk nodig om dit te doen. Die coefficient of performance = energie geabsorbeer/werk benodig

Question 27

When constructing hypothetical paths, what is one way to work with real gasses?

Answer 27

Expand to a large volume, because then all gasses become more ideal

Question 28

Intensiewe vorm van dU = (Snaakse d)Q + (sd)W

Answer 28

maar net alles in klein letter dan verander dit na n per mol eenheid (dink aan molere volume). eenheid verander na J/mol

Question 29

Teken vir exact differential en waarvoor gebruik ons dit? Wat van inexact differential

Answer 29

d - gebruik vir state variables, because its path independent. Daai snaakse differensiaal teken stel n inexact differential voor en ons gebruik dit vir hitte en werk, om ons te herinner dat path-dependent is

Question 30

Often the dU equation is differentiated with respect to time?

Answer 30

Jip, for non-steady state processes dU/dt = rate of heat transfer (q met n kolletjie) + rate of work Eenheid is dan of watt of w/mol, hang af asof die ekstensieg is, of intensief

Question 31

As jy n oop sisteem het, wat is al die maniere wat energie oorgedra en verwyder word? (5)

Answer 31

1. Kinetiese en potensiele energie van die molekules (in en uit) 2. Interne energie van die molekules (in en uit) 3. Dan aan weerskante word vloeiwerk gedoen 4. Hitte energie kan oorgedra word (en reaksies plaasvind) 5. Shaft work as fisiese werkverrigting

Question 32

Kan jy die energie balans skyyf van n oop sisteem?

Answer 32

Gaan kyk op jou notas, belangrik

Question 33

n Baie belangrike konsep wat met entalpie te doen het is vloeiwerk, wat is vloeiwerk

Answer 33

=Druk x massa vloei x spesifieke volume So met entalpie, wat ons die massa term weg

Question 34

Wat is die definisie van entalpie?

Answer 34

So in die energie balans vergelyking van n oop sisteem, is daar altyd interne energie en vloei werk. So wanneer ons massa dan uithaal, groepeer ons hulle daam om vir ons entalpie te gee. h = u +Pv waar v die spesieke of molere volume is

Question 35

Flashpoint

Answer 35

The lowest temperature at which a vapour can ignite when exposed to an external heat source such as a spark

Question 36

Hoekom is entalpie n state variable?

Answer 36

Wat dit word gedefinieer deur ander state variables h = u + Pv

Question 37

Kan jy die Pv gedeelte van entalpie aflei, van waar af kom dit?

Answer 37

Vloeiwerk. = P x Area x dx/dt area X snelheid se eenheid is m3/s so as ons dan dit verander na massavloei, kan ons maal met spesifieke volume om dieselfde eenheid te kry. Op die ou end kom die massa gedeelte mos uit, dan is jy oor met Pv So waarvoor mens moet versigtig wees, is die v. Wat oorspronklij is dit snelheid, maar dan raak dir spesifieke volume

Question 38

Op watter manier is die entalpie van n ideale gas afhanklii van temperatuur?

Answer 38

So ons weer bir n ideale gas is die interne energie slegs n funskie van temp h = u + Pv = u + RT, so maw, die entalpie van n ideale gas is ook slegs afhanklik van temperatuur

Question 39

Die definisie van Cv en hoe vergelyk die grootte van die waarde?

Answer 39

Hitte kapasiteit by konstante volume dU = q + w, konstante volume, so geen werk dU=q. So ons meet hitte oorgedra en plot teenoor temperatuur. Dan is Cv = (dU/dT)v - by n konstante v. Met Cv is daar geen werk wat verrig word, sal al die energie gaan om die temperatuur te vermeerder. So die Cv waarde is altyd kleiner

Question 40

Hoekom verskil die Cv waarde van gasse?

Answer 40

So al die energie fgaan nie net in kinetiese energie in nie. Dit gaan ook in vibrasie en rotasie energie in, wat nie die temperatuur beinvloed nie

Question 41

Baie maklik, kan jy Cp se vergelyking uit eerse beginsels aflei?

Answer 41

Basies maar dU = q + w w = -PdV Vat oor die =, dan sit jy met die definisie van entalpie So deur die energie oordrag te meet, meet jy actually dH. Dan kan ju dit plot oor Temperatuur om Cp te bereken

Question 42

So ek dink vir volledigheidshalwe, is ditching goed om te verstaan waar ons eerste met entalpie gewerk het, en waarheen dit uitgebrei is

Answer 42

So aanvanklik was dit om die interne energie en vloeiwerk voor te stel. Waar die pv druk en spesifieke volume was (onthou, die massa term was uitgehaal vanaf die energie balans). Maar ons kan iets soortgelyk doen vir n geslote sisteem, met druk en volume verandering.

Question 43

So hoekom is Cp=Cv vir liquida en solids

Answer 43

Want daar is nie rerig n volume verandering nie, dus daar word geen werk verrig nie. Gevolglik is Cp gelyk aan Cv (vir alles doeleindes)

Question 44

Kan hy bewys dat Cp = Cv + R bir n ideale gas?

Answer 44

Behin met definisie van Cp, vervang H met U+Pv - belangrik hier is die v - molere volume - dan kan jy maar net diferensieer en omdat dit n ideale gas is en interne energie net afhanklik is van temperatuur, kan ons by Cv se definisie uitkom

Question 45

At what conditions does a gas act most ideal?

Answer 45

Low pressures and high temperatures