Les 4 Thermodynamica H15.2

• natuurkunde
• HBO
• Studiejaar 2

Vooraf

Voorkennis activeren, aansluiten vorige les, interesse opwekken

Thermodynamica

H15 (§2) vervolg

Schooljaar 2022 / 2023

Leerdoelen les 4

Je kunt een omschrijving in vaktaal geven van volgende vakinhoudelijke concepten:

• Thermodynamische processen bij ideale gassen; isobaar, isochoor en adiabaat.

Je past bovenstaande thermodynamische processen toe door opgaven te maken.
Je gebruikt de pijler taalsteun.

Huiswerk

• Mastering Physics

Vorige les (eventueel extra)

Doel: Je past een isotherm proces toe en je krijgt taalsteun.

Opdracht: Je hebt een isotherm proces van A naar B.

Gegevens: n = 10 mol; T = 373 K; p_A = 1,0.10⁵ Pa; V_A = 0,31 m³ en p_B = 0,5.10⁵ Pa

Vervolgens gaat het gas naar V_C = 0,31 m³ (isobaar)

Tenslotte gaat het gas naar toestand A (isochoor)

1. Schets een passende grafiek en schrijf erbij wat je ziet in de grafiek.

2. Bedenk een manier om het proces helder uit te leggen aan de rest van de klas. Hierbij kun je gebruik maken van “uitleggen, uitbeelden, uitbreiden”.

3. Bereken de arbeid die het gas uitvoert bij het proces van A naar B.

Groepen: 3 personen

Afronding: In maximaal 1 minuut kun je een onderdeel (1, 2 of 3) uitleggen aan klas.

Verschillende stappen bespreken

Geven welke waarden gegeven waren en welke je uit het plaatje haalde.

A) Wat is de arbeid van het gas van B naar C?
B) Wat is de arbeid van het gas van C naar B?
C) Wat is de arbeid van het gas van C naar A?

Formule blad

C_P en C_V voor 1-atomig gas gegeven.

Voor 2-atomig gas onthouden dat er meer vrijheidsgraden zijn en dat zowel C_P en C_V omhoog gaan met 2/2.

Bekijk aan de hand van formule blad.

Instructie

Uitleggen, demonstreren, controle vragen stellen

Adiabatisch proces

Wat is een adiabatisch proces?
Geef ook een voorbeeld.

Adiabatische processen (delta Q = 0)

• Q = 0 => delta U = -W (1e hoofdwet)
• Wat gebeurt er met interne energie als ideaal gas uitzet?
• W => positief
• delta U negatief
• temperatuur wordt lager
• met pV = nRT loopt curve steiler

inwendige energie ideaal gas

Heeft met gemiddelde snelheid

van moleculen te maken

3/2 bij 1-atomig gas

Formuleblad

U=​2​​3​​nRT

ΔU=​2​​3​​nR.ΔT

ΔU=n.C​V​​.ΔT

C​V​​=​2​​3​​R

Een ideaal gas ondergaat een adiabatische expansie, een proces waarbij geen warmte in of uit het gas stroomt. Als resultaat,

1. nemen zowel de temperatuur als het volume van het gas toe.
2. nemen zowel de temperatuur als de druk van het gas af.
3. blijft de temperatuur van het gas constant en neemt de druk af.
4. nemen zowel de temperatuur als de druk van het gas toe.

Toestandsvergelijking adiabaat

Voor adiabaat geldt:

p​1​​(V​1​​)​γ​​=p​2​​(V​2​​)​γ​​

γ=​C​V​​​​C​P​​​​

Tabel basisprocessen (alleen reversibele)

Processen	Constant	W	Q
Isothermisch		*		* 0
Adiabatisch			* 0	*

ΔU=Q−W

(ΔT=0)

(ΔQ=0)

nRT.ln(​V​1​​​​V​2​​​​)

nC​V​​ΔT

−nC​V​​ΔT

nRT.ln(​V​1​​​​V​2​​​​)

In een isobare compressie van een ideaal gas,

1. Wordt arbeid verricht op het gas.
2. Blijft de interne energie van het gas constant.
3. Wordt er warmte toegevoegd aan het gas.
4. Wordt er arbeid verricht door het gas.

Isobaar

Arbeid

Warmte

W=p.ΔV=p​B​​(V​B​​−V​D​​)

W=nR⋅ΔT

Q=n.C​P​​⋅ΔT

Isobaar

Inwendige energie

ΔU=Q−W

ΔU=nC​P​​ΔT−nRΔT

ΔU=(C​P​​−R)nΔT

Tabel basisprocessen (alleen reversibele)

Processen	Constant	W	Q
Isothermisch		*		* 0
Adiabatisch			* 0	*
Isobaar			*
Isochoor		0	*

ΔU=Q−W

(ΔT=0)

(ΔQ=0)

nRT.ln(​V​1​​​​V​2​​​​)

nC​V​​ΔT

−nC​V​​ΔT

nRT.ln(​V​1​​​​V​2​​​​)

(Δp=0)

(ΔV=0)

p.ΔV=nRΔT

nC​V​​ΔT

nC​p​​ΔT

(C​p​​−R)nΔT

nC​V​​ΔT

Example 15.5

In motor zet 0,25 mol ideaal 1-atomig gas in cilinder snel en adiabatisch uit tegen zuiger. Daarbij daalt temperatuur van gas van 1150 tot 400 K.

Bereken hoeveel arbeid gas verricht.

Example 15.5 vervolg

Gegevens:

n = 0,25 mol; adiabatisch (Q = 0); 1-atomig; T_b = 1150 K en T_e= 400 K

Gevraagd W?

Formule blad:

W=​2​​3​​nR(T​i​​−T​f​​)

Example 15.5 vervolg

Invullen:

W=​2​​3​​nR(T​begin​​−T​eind​​)

W=​2​​3​​⋅0,25⋅8,314⋅(1150−400)=2300J

Toepassing

Oefenen, groepsopdracht uitvoeren, debatteren

Geef het eindvolume van de luchtbel

Evaluatie

Samenvatten, herhalen, feedback vragen, vooruit blikken

Huiswerk

• Maken opgaven Mastering Physics van les 4
• Bestuderen Giancoli H15, §2

Leerdoelen les 4

Je kunt een omschrijving in vaktaal geven van volgende vakinhoudelijke concepten:

• Thermodynamische processen bij ideale gassen; isobaar, isochoor en adiabaat.

Je past bovenstaande thermodynamische processen toe door opgaven te maken.
Je gebruikt de pijler taalsteun.

Welk onderdeel vond je gemakkelijk?

Welk onderdeel ga je nog verder oefenen?

Differentiatie

Extra uitleg, uitdagen, plusopdrachten

Ondersteunend materiaal

Op de elo vind je in de map "ondersteunend materiaal" video's met uitleg over 1e hoofdwet en thermodynamische processen.