Fysik

Dråbers termodynamik

14. marts 2012 af RARO (Slettet) - Niveau: Universitet/Videregående

Hej


Jeg vil lige hører om jeg kan få hjælp til følgende opgave:

Olien kan dele sig i n identiske og uskelnelige dråber. Hver dråbe har volumen:
v = V/n og indeholder N/n molekyler. Værdien af N/n er et makroskopisk stort tal for alle relevate værdier af n.

Oliedråberne kan bevæge sig på overfladen af karrets bund. For nemhedsskyld antager vi at dråberne er kugler med radius r. Dermed har hver dråbe overfladeareal
a = 4π r^2 og volumen v = 4/3 π r^3.
Da en dråbe kun rører karrets bund i et punkt, har kontakfladen mellem dråbe og bund intet areal.
I opgaven er g = 9, 81 ms−2 tyngdeaccelerationen og kB = 1, 38 • 10−23J/K
er Boltzmanns konstanten.

 

(1)
Da visse termodynamiske variable skal senere benyttes for forskellige værdier af dråbeantallet n, udled følgende nyttige relationer:
                        r(n) = (3V/4π)1/3 n−1/3 = C1n−1/3                                (1) 

                        a(n) = (3V (4π)1/2)2/3  n−2/3 = C2n−2/3                    (2)

De sidste to lighedstegn definerer konstanterne C1 og C2. Energien af een dråbe indeholder et overfladespændingsbidrag, ?0 som er proportional med dråbens overflade, samt et bidrag??g  som afhænger af dråbens tyngde.

(2) Lad ?0=γa(n), hvor γ er overfladespændingen. Vis at overfladeenergien for alle dråber tilsammen er

              Eo(n) = γ (3V (4π)1/2)2/3  n1/3 = γC2n1/3 .          (3)

 

Jeg har allerede startet med at isolere r i formlen med volumen og har løst (1), men jeg kan ikke rigtig finde ud af (2).

Jeg indsætter min fundende værdi af r i formlen for a således:

(2)
a(n) n= 4π((V/(4/3π)^1/3)^2 <=>

a(n) n= 4π(((v/n)/(4/3π)^1/3)^2 <=>

a(n) n= 4π((3v/4nπ)^1/3)^2 <=>

a(n) n= 4π((3v/4π)^1/3 * (1/n)^1/3)^2 <=>

a(n) n= (((3v*4π)/4π^2)^1/3 * (1/n)^1/3)^2

a(n) n= ((3v/4π)^1/3 * (1/n)^1/3)^2

 

Ved ikke rigtig om jeg er helt galt på den, men kan i hvertfald ikke komme videre herfra.
 

I opgave (3) kan jeg ikke lige se hvordan jeg skal gribe opgaven an for at komme i gang. 

 

 

 


Brugbart svar (1)

Svar #1
15. marts 2012 af oiww (Slettet)

Hej.

 

Af en eller anden grund mangler der nogle tegn (alle "opløftet i" tegnene, ^) hos mig. Anyways, du har jo selv løst opg. 1 og fået

V / n = 4/3 * PI * r^3 <=> r(n) = (3/(4*PI)*V)^(1/3) * n^(-1/3) = c1 * n^(-1/3)

 

Opgave 2 har du også løst, du ved det bare måske ikke:

 

a(n) = 4*PI * r^2 = 4*PI * [ (3/(4*PI)*V)^(1/3) * n^(-1/3) ]^2 = 4*PI *(3/(4*PI)*V)^(2/3) * n^(-2/3) =c2* n^(-2/3)

 

I opgave 3 skal du tænke over hvad overfladespænding i virkeligheden er. Det er en energi pr. areal, eller kraft pr. længde tilhørende hver enkelt dråbe. Du har n dråber, og for hver dråber giver overfladespændingen anledning til en energi på

E_i = gamma * a(n) = gamma * c2 * n^(-2/3)

 

For at få den samlede energi skal du summere over alle dråber,

 

E = sum ( E_i ) = n * E_i = gamma*c2*n*n^(-2/3) = gamma*c2*n^(1/3)

 

Håber det giver mening.


Svar #2
15. marts 2012 af RARO (Slettet)

Tak det meste af det giver mening (:
Men jeg er blot lidt i tvivl om resultatet her:

a(n) = 4*PI *(3/(4*PI)*V)^(2/3) * n^(-2/3) =c2* n^(-2/3)

Fordi jeg skulle jo gerne ende ud med at få:

a(n) = (3V (4π)1/2)^2/3  n^−2/3 = C2n^−2/3


Så der er jo 4*pi for meget i formlen? og kan ikke rigtig se hvordan jeg kan få det væk?


Brugbart svar (2)

Svar #3
15. marts 2012 af oiww (Slettet)

Du skal regne dine potenser igennem.

 

lad 4 * PI = a i det følgende

 

a*a^(-2/3) = ( a^(3/2) *a^(-3/3) )^(2/3)

 

derfra burde du selv kunne regne den ud.

 


Skriv et svar til: Dråbers termodynamik

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.