Fysik

kompliceret opgave

20. januar 2015 af fysikfesor (Slettet) - Niveau: C-niveau

i denne opgave skal vi regne på en forenklet model af en firkantsmotor. Når stemplet i den er i bund er rumfanget af cylinderen over stemplet 0,5 L. Indsugningsventilen er åben, og trykket i cylinderen er derfor 101 kPa. Temperaturen i cylinderen er 500 C grader.

Nu lukkes indsugningsventilen, og stemplet bevæger sig op. Lige inden tændrøret frembringer en gnist, er temperaturen i rummet over cylinderen 600 C grader, og rumfanget over stemplet er 0,05 L. Beregn trykket over stemplet

opgave 2 nu antænder gnisten blandingen af benzin og luft. herved bliver antallet af molekyler i rummet over stemplet større. Vi sætter det til at være fire gange så stort. Temperaturen stiger til 1500 C. Beregn trykket over stemplet.

Nå stemplet er i bund åbner udblæsningsventilen og trykket bliver lig med atmosfæretrykket.

Beregn det arbejde, som den indespærrede gas udfører på stemplet, mens det er på vej ned.


Brugbart svar (0)

Svar #1
20. januar 2015 af Heptan

Brug idealgasligningen

p_1V_2=nRT_1 \Leftrightarrow n=\frac{p_1V_1}{RT_1}   1)        hvor T er den absolutte temperatur

og beregn stofmængden n af luften. Denne stofmængde er konstant, og kan derfor bruges til at beregne trykket over stemplet lige før tændrøret frembringer en gnist.

p_2=\frac{nRT_2}{V_2}   2)

Nu antænder gnisten. Vi beregner det nye tryk, idet

n_3 = 4n   3)    og

p_3=\frac{n_3RT_3}{V_2}   4)

(Hold godt styr på symbolerne! Jeg har prøvet at gøre det overskueligt ved at nummerere symbolerne)


Svar #2
20. januar 2015 af fysikfesor (Slettet)

#1

læreren mente at de værdier der var konstante kunne vi lige så godt ignorer? Og jeg har ikke så meget styr på hvad stofmængde betyder, kemi har forvirret mig en del...

Et ekstra spørgsmål, hvornår brugte man idealgasligningen? Hvis jeg har forstået rigtigt så brugte man den når man havde at gøre med gasser, dvs temperatur osv men passer det i alle tilfælde?


Brugbart svar (0)

Svar #3
21. januar 2015 af Heptan

#2

læreren mente at de værdier der var konstante kunne vi lige så godt ignorer? Og jeg har ikke så meget styr på hvad stofmængde betyder, kemi har forvirret mig en del...

Det er netop hvad man kan! Indsæt 1) i 2):

p_2=\frac{p_1V_1}{RT_1} \cdot \frac{RT_2}{V_2} = p_1 \cdot \frac{V_1}{V_2}\cdot \frac{T_2}{T_1}

Nu har vi ignoreret den konstante stofmængde på en fornuftig måde.

En stofmængde er blot en mængdebetegnelse for, hvor meget stof der er. Ligesom du kan sige at du har 9 gulerødder kan du sige at du har 10 mol vand. Så i et glas vand er der rigtig, rigtig, rigtig mange molekyler, derfor bruger man enheden mol til at gøre tallet mere overskueligt.

1 mol = 6,0221 • 1023 ≈ 600000000000000000000000

Så i et glas vand er der ca. 6000000000000000000000000 vandmolekyler eller 10 mol.

Et ekstra spørgsmål, hvornår brugte man idealgasligningen? Hvis jeg har forstået rigtigt så brugte man den når man havde at gøre med gasser, dvs temperatur osv men passer det i alle tilfælde?

 Det er korrekt, man kan bruge den når man har et system med gasser. Man bruger det til at beregne ændringer i tryk, volumen og temperatur, da de afhænger af hinanden.

Strengt taget kan man kun bruge idealgassen, når man kan antage at alle gasserne opfører sig som ideale gasser - og det er der egentlig ikke nogle gasser der gør. En ideal gas er en gas, der ikke har noget volumen og ikke påvirker nabomolekyler med kræfter. Da gasmolekyler ofte er super langt fra hinanden, og fordi de "er så små", kan man dog ofte med god tilnærmelse bruge idealgasligningen.

Du behøver ikke at bekymre dig så meget om det, men i din opgave er gasserne ikke ideale, da der er tale om meget store temperaturer og tryk, hvilket gør at gasmolekylerne ofte bumper inden i hinanden.


Skriv et svar til: kompliceret opgave

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.