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Entropía ideal de mezcla

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Applet para la mezcla reversible de gases ideales

Ratón

Figura 1
Una mezcla reversible

Entropía ideal de mezcla: química y física

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¡El punto es calcular el flujo de producción de entropía al mezclar! ¡Creo que no entendí algunas cosas allí!

Se dice que el metano se quema con aire con una proporción de aire de 2. Sin embargo, primero deben mezclarse los dos componentes (aire y metano) a 1 bar y 25 ° C, es decir, en condiciones estándar. Ahora la pregunta es, ¿qué tan grande es el flujo de producción de entropía?

Primero escribí la ecuación de la reacción de combustión:

CH_4 + 4 (O_2 + 3.76 N_2) - & gt CO_2 + 2 H_2 .O + 15.04 N_2 + 2 O_2

Entonces, ¿hay que mezclar 1 mol de metano y 4 mol de aire?

De hecho, isotermo e isobárico se mezclan. Entonces, solo debería usarse el término para la entropía de la mezcla, ¿verdad?

Al final hay un total de 5 moles de mezcla, por lo que las proporciones de la sustancia son x_CH_4 = 0.2 y x_Luft = 0.8 en la mezcla.

En mi colección de fórmulas tengo una fórmula para la entropía de una mezcla ideal:

S = suma (n_i * s_i (T, p), i,) - R_m * suma (n_i * ln x_i, i,)

probablemente la primera parte es irrelevante, ya que la entropía de las dos partes ya estaba allí antes, por lo que solo se agrega el último término (la entropía de mezcla).

S = -8,314 J / (mol K) * (1 mol * ln 0,2 + 4 mol * ln 0,8)

¡¿o que?! De alguna manera todo me parece muy extraño. Ni siquiera entra ninguna de las telas, no importa lo que mezcles. Ya sea metano, etano o algo.

¿Qué pasaría si las corrientes entrantes están a 1 bar, se mezclan y comprimen al mismo tiempo, y salen a 2 bar? ¿Cómo lo tomaría en cuenta?

Desafortunadamente, no tengo muy claro las entropías de la mezcla :(

Espero que alguien pueda arrojar algo de luz sobre eso ...

Wuddi
[El mensaje fue editado por fed el 19/08/2009 01:07:03 a. M.]

Lamento que solo me esté poniendo en contacto ahora, ¡tuve que estudiar otra asignatura en el medio! Ok, entonces el cálculo probablemente sea correcto, había encontrado algo similar en el guión, pero me pareció totalmente extraño, pero parece tener algo que ver con el hecho de que estos son gases ideales (o uno los asume).


Entropía ideal de mezcla: química y física

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Entropía ideal de mezcla: química y física

Para una mezcla de gas (ideal), es útil introducir la fracción molar:

y microI = & microI° + RT ln xI P / p ° donde las presiones parciales pI de las especies i & uumlber pI = xI P están definidos, siendo P la presión total.

Inserción en G = & Sigma nIy microI da una expresión de la energía gib de una mezcla ideal:

donde nt = & Sigma nI representa la cantidad total de gas en el sistema.

Figura 1: Cambio en la entalpía libre (a) y la entropía (b) en función de la fracción molar de una mezcla de dos componentes.

Antes de mezclar, los gases deben estar en apartado Las cámaras están ubicadas a la misma presión p. Por lo tanto G = & Sigma I norteI(y microI& grados + RT en P / p & deg). Para cambiar la entalpía y delta libresmezclaG obtenemos:

&Delta mezcla G = G más tarde & menos G antes de = ntRT y Sigma I XI en xI

Dado que el área del mol es menor que uno, el logaritmo es negativo y ΔmezclaG & lt 0. Esto refleja el hecho de que la mezcla de gases es un proceso espontáneo: cuando dos gases se juntan, se difunden entre sí y la fase gaseosa se vuelve macroscópicamente homogénea.
La figura muestra el cambio en la energía de Gibbs para la mezcla de dos gases en función de la fracción molar de una especie. El mínimo es x1 = x2 = & frac12. La correspondiente dependencia de la entropía se puede ver en el siguiente diagrama.

No se genera ni consume calor (con gases ideales), ya que con gases ideales no existen fuerzas de atracción o repulsión. En términos de energía, no importa si los gases se mezclan o se separan. La fuerza impulsora de la mezcla proviene de la entropía. Aquí está la evidencia matemática de esta afirmación:

El máximo para 2 componentes es x1 = x2 = 1 / 2. La entalpía de mezclar y DeltamezclaPodemos calcular H usando & DeltaG = & DeltaH - T & DeltaS: & DeltamezclaH =?mezclaG + T y DeltamezclaS = 0, es decir, la energía no cambia. La "fuerza" impulsora de la mezcla es la entropía y no la energía.

La declaración de protección de datos de TU Braunschweig se aplica a este sitio web con la excepción de las secciones VI, VII y VIII.


Ya conoces la masa my el volumen V, pero para que conozcas todas las variables de estado, entraremos en la temperatura T y la presión p.

Sin embargo, no podemos establecer la temperatura tan simplemente como las variables de estado masa y volumen. Por lo tanto, necesitamos la ley cero. Esto significa: si dos sistemas A y B están en equilibrio térmico y B y otro sistema C también están en equilibrio térmico, entonces A y C también están en equilibrio térmico. Esta es también una observación importante en relación con los términos ecuación de gas ideal y ley de gas ideal.

Cómo funciona el termómetro y equilibrio térmico.

Eso suena un poco complejo, por supuesto, pero constituye la base de por qué los termómetros funcionan, porque esto está relacionado con el fenómeno del equilibrio térmico. El vidrio alrededor del líquido tiene la misma temperatura que el entorno y también la misma temperatura que el líquido. Esto significa que el vidrio está en equilibrio con el entorno y el líquido y, por tanto, el líquido y el entorno también tienen un equilibrio térmico.

De esto podemos deducir que estamos formando la temperatura usando puntos fijos. En la escala Celsius, esto se hizo a través del punto de congelación y el punto de evaporación del agua. En termodinámica usamos la escala Kelvin. Como puntos fijos, tiene el cero absoluto, es decir, la temperatura más baja que se puede alcanzar, y el llamado punto triple del agua. El punto cero absoluto es - 273,15 grados Celsius. Para nosotros es una ventaja que el tamaño del paso sea el mismo para ambas escalas. Eso significa: si aumentamos la temperatura en un grado Celsius, también la aumentamos en un grado Kelvin.

Cómo funciona el globo y equilibrio mecánico.

Ahora conocemos el término equilibrio térmico y sabemos aproximadamente cuáles son las variables de estado, lo que todavía necesitaremos para la ecuación del gas ideal. Ahora probablemente todavía conozca el equilibrio mecánico a través de fuerzas. Ahora simplemente estamos usando la presión variable de estado, es decir, dividiendo por un área. Suena extraño al principio, pero en termodinámica rara vez tratamos solo con fuerzas.

Consideremos un globo: este tiene una mayor presión en el interior que el medio ambiente. Si abrimos el globo, sale aire hasta que la presión del interior corresponde a la del exterior. Exactamente entonces estamos en equilibrio mecánico, porque entonces exactamente la misma fuerza presiona el globo desde el interior que desde el exterior.

Variables de estado extensivas e intensivas

Las variables de estado masa, volumen, temperatura y presión, que necesitaremos más adelante para el tema de la ecuación del gas ideal o la ley del gas ideal, ahora también se pueden clasificar. Para hacer eso, miremos dos tazas de café: ambas están a temperatura , la multitud y el volumen . La impresión está en ambas tazas. . Eso significa: las dos tazas son inicialmente iguales.

A continuación, queremos inclinar las tazas juntas en una taza grande y mirar las variables de estado nuevamente. Sabes con certeza que la multitud y el volumen resultado de las dos masas o volúmenes de las dos tazas. Pero la temperatura y la presión permanecen sin cambios. Ahora podemos clasificar las variables de estado. Diferenciamos entre las llamadas variables de estado intensivas y extensivas. Las variables de estado intensivas no cambian con el tamaño del sistema. En nuestro caso, estas son las variables de estado temperatura y presión. Al final, estos siguieron siendo los mismos en el experimento del café.

Entonces puede imaginar con seguridad que el volumen y la masa deben ser grandes cantidades de estado. ¿Y cómo puede recordar si las variables de estado extensivas dependen del sistema o no? Tenemos un puente de burro para esto: el volumen es una variable de estado extensa. Porque si agranda eso, usted "EX" -pandier. Entonces el "EX" le da la pista.

Puede convertir rápidamente variables de estado extensas en variables de estado intensivas formando el cociente. Tomamos el volumen específico como ejemplo: es el cociente de volumen y masa y es al mismo tiempo el recíproco de la densidad. Y, por supuesto, esto no cambiará solo porque tengamos el doble de café.

Ecuación de gas ideal o ley de gas ideal

Ahora conoce las variables de estado y también puede clasificarlas. A continuación, queremos presentarle dos supuestos importantes: la ecuación del gas ideal o la ley del gas ideal y el líquido ideal.

La ecuación del gas ideal, o ley de los gases ideales, significa la siguiente fórmula:

¡La fórmula de la ley de los gases ideales es una de las más importantes en termodinámica! Utilizará esto con bastante frecuencia en el futuro. Ya conoce pV, n y T como variables de estado. R es la llamada constante de gas ideal y tiene el valor .

¿Qué puedes calcular con él ahora? Consideramos que tenemos un mol de un gas ideal a 25 grados Celsius y una barra. A continuación, puede calcular el volumen inmediatamente. Pero tenga cuidado: ¡la constante del gas ideal se da por Kelvin y la presión en bar! Así que todavía tenemos que convertir la temperatura en Kelvin y la presión en Pascal antes de poder insertarlos en la ecuación del gas ideal. Transformado según V, obtenemos de la ley de los gases ideales:

Esta fórmula se puede utilizar para casi cualquier gas.

Líquido ideal

Ahora que la ecuación del gas ideal debería ser clara para nosotros, pasemos al líquido ideal. Esto tiene la propiedad de que el volumen específico y por tanto también la densidad son constantes. Entonces, consideramos un estado incompresible y podemos asumir con cada presión que siempre tenemos el mismo volumen específico. E incluso puede ver eso en la realidad: probablemente haya oído hablar antes de la hidráulica. Aquí el poder se transmite con la ayuda del aceite. Esto solo es posible si el aceite no se puede comprimir, es decir, su volumen específico no cambia.

Imagínese si intentáramos eso con un gas: todo no funcionaría porque el gas se puede comprimir.

Ahora está muy familiarizado con las variables de estado, conoce el fenómeno del equilibrio térmico y sabe exactamente qué significan realmente la ecuación del gas ideal o la ley del gas ideal.


Centro de aprendizaje de física

Centro de aprendizaje de física

Estimados estudiantes de física con especialización en física y docencia,

Ese Centro de aprendizaje de física está dirigido principalmente a estudiantes de física, biofísica, geología, farmacia, biología y química en la licenciatura y a estudiantes de la carrera de enseñanza y está destinado a ayudarlo a aprender el contenido de la conferencia, trabajar en los ejercicios y prepararse para los exámenes .

Es el primer punto de contacto para problemas físicos y cuestiones matemáticas. En un ambiente relajado, los compañeros tutores ayudan a los estudiantes a desarrollar sus propios conceptos de solución.

El centro de aprendizaje también se utiliza para el trabajo independiente en el grupo.

Los tutores son durante el período de conferencias de
(a partir de la segunda semana de conferencias):
de lunes a viernes
2:00 p. M. - 6:00 p. M.
presente en el centro de aprendizaje.

Horarios de apertura en el libre de conferencias Tiempo en el semestre de verano 2019
(20.07.2020 - 31.07.2020):
de lunes a viernes
2:00 p. M. - 5:00 p. M.

Horarios de apertura en el libre de conferencias Tiempo en el semestre de invierno 2019/2020
(17.02.2020 - 28.02.2020):
de lunes a viernes
2 p. M. - 6 p. M.

Ubicación: campus de Riedberg, edificio de física, salón _ _.101

Los tutores pares y la dirección del centro de aprendizaje de física provienen del departamento de física y están en el semestre de verano de 2021:

Tutores:
Sinan Altiparmak,
Amanda Konieczna, Licenciada en Ciencias,
Daniel Jampolski,
Tobias K y uumlhner,
Keneth Miler.

Gestión:
Julia Sammet, M.Sc.
Para preguntas que no pudieron ser respondidas en el centro de aprendizaje, puede comunicarse con Julia en la siguiente dirección de correo electrónico:
[email protected]

Antiguos tutores:
Tristian Daus, licenciado en ciencias,
Martha Ege,
Reinhold Kaiser, B.Sc.,
Frederike Kubandt, Licenciada en Ciencias,
Laurin Pannullo, Licenciada en Ciencias,
David Wagner, B.Sc ..
Leonhard Wenning, B.Sc.
Stephan Wystub, M.Sc ..


Curso de estudios

El curso combina las competencias de los tres departamentos en un plan de estudios y, por lo tanto, crea una comprensión general de las características de diferentes clases de materiales, como metales y aleaciones, plásticos y polímeros, vidrios y materiales ópticos, semiconductores y materiales compuestos. Es adecuado para futuros estudiantes que estén entusiasmados con la química, la física o la ingeniería mecánica y, por lo tanto, tengan un interés científico-técnico. El contenido del curso se distribuye uniformemente en las tres áreas, cada una con una gran pasantía.

En el curso avanzado, una gran área electiva ofrece la oportunidad de dar espacio a los intereses y fortalezas individuales en diferentes áreas (ver ilustración). En este punto, los eventos (conferencias y pasantías) de las tres áreas de química, física e ingeniería mecánica se pueden combinar libremente. Solo se recomienda una combinación específica de módulos para una especialización en el área de tecnología de recubrimiento. La tesis de licenciatura se elabora durante el semestre y aquí también los alumnos pueden elegir libremente el proyecto a trabajar entre la oferta de los grupos de trabajo implicados en el curso.


Entropía ideal de mezcla: química y física

Química general (parte química física)

Química física I - II - III en el curso de ingeniería química

Química física I - II en el curso de ingeniería industrial

En la parte fisicoquímica de la química general, se transmiten los conceptos básicos de la termoquímica y las situaciones de equilibrio, por lo que inicialmente no se tratan los antecedentes matemáticos.

Los cursos de "Química Física I - II" (conferencias, ejercicios y prácticas) son obligatorios para todos los estudiantes de grado en el curso de ingeniería química. En ellos se resuelven los fundamentos físico-químicos (especialmente en termodinámica), por lo que ahora también se incluye el dominio de las herramientas matemáticas típicas. Los eventos tienen una estructura modular. La Parte III está disponible como electiva y enseña los conceptos básicos de cinética química, química de superficies y coloides, así como los fenómenos de transporte, difusión, conducción de calor y viscosidad.

Los objetivos de los cursos son el dominio de la terminología matemática y científica, la comprensión de los problemas científicos y técnicos, el desarrollo lógicamente coherente de soluciones y la resolución de las tareas planteadas.

Primera ley, gases ideales, procesos reversibles, trabajo volumétrico, capacidad calorífica

Funciones de estado y ruta, diferenciales completos e incompletos

Entalpía, capacidad calorífica, procesos adiabáticos, trabajo volumétrico adiabático, proceso de Joule-Thomson

Estados estándar, procesos circulares, parámetros educativos, parámetros de reacción, oración de Kirchhoff

La segunda ley, entropía, procesos voluntarios, proceso de Carnot, grados de eficiencia, entropía como S (T)

Entalpía libre y energía libre, condiciones de equilibrio, trabajo máximo, ecuaciones fundamentales

Equilibrios de fase en sustancias puras, ecuación de Clausius y Clapeyron

Presión de vapor, sublimación, fusión, diagramas de estado.

Gases reales, ecuación de van der Waals, ecuación virial, factor de compresión, punto crítico

El potencial químico de gases ideales y reales, conclusiones, coeficientes, regla de fase de Gibbs.

Ecuación de Gibbs y Duhem, cantidades parciales

Mezclas ideales, entropía de mezcla, entalpía libre de mezcla, entalpía de mezcla

Mezclas reales, mezclas de líquidos y sólidos en exceso, actividad, coeficiente de actividad

Equilibrios líquido-vapor, ley de Raoult, ley de Henry

Aumento del punto de ebullición, disminución del punto de congelación, presión osmótica

Diagramas de ebullición, ley de apalancamiento, rectificación, azeótropos

Miscibilidad, brechas de miscibilidad, sistemas superiores, diagramas de fase con brechas de miscibilidad

Equilibrio de fusión, eutéctico, formación de conexiones, diagramas de fase con formación de conexiones

Chem. Reactions y chem. Equilibrio, ley de acción de masas, dependencia de la temperatura y la presión

Equilibrios homogéneos, equilibrios heterogéneos, equilibrios ácido / base, solubilidad

Termodinámica de los iones en solución, coeficientes de actividad iónica, electroquímica de equilibrio

Conceptos básicos de cinética: velocidad de reacción, velocidad establecida, constante de velocidad, orden de reacción

Reacciones de primer orden, reacciones de segundo orden, determinación del orden de reacción, órdenes superiores

Cinética y equilibrio químico, pseudoordenes, autocatálisis

Dependencia de la temperatura de las constantes de velocidad

Reacciones elementales, reacciones posteriores, cuasi-estaciones y estados externos, mecanismos de reacción, reacciones en cadena

Explosiones, fotoquímica, polimerización

Teoría del impacto, teoría del estado de transición

Superficies limítrofes: términos básicos, tensión superficial limítrofe, fuerzas capilares, ángulo de contacto

Sustancias tensioactivas, películas superficiales

Sistemas coloidales, teoría DLVO, mesofases

Adsorción, isotermas de adsorción, catálisis heterogénea

Fenómenos de transporte: fundamentos, ecuaciones de fluidos

Conducción de calor, viscosidad, difusión (primera ley de Fick, segunda ley de Fick)

En los ejercicios se profundiza en los conocimientos adquiridos mediante ejemplos típicos y preguntas físico-químicas. Las tareas y los problemas se formulan oralmente o por escrito en hojas de ejercicios distribuidas regularmente y se discuten en detalle. Una `` comprensión '' complementaria se transmite a través de la pasantía que la acompaña, cuyos experimentos se basan estrechamente en el material de las conferencias y los ejercicios.

Un buen conocimiento previo de matemáticas y física es absolutamente necesario para un trabajo exitoso en el campo de la química física. Además, se requiere la capacidad y la voluntad de abordar el propio enfoque y el lenguaje técnico de este tema. Además, es fundamental que los alumnos sean capaces de utilizar conceptos abstractos para resolver problemas y formularlos verbalmente y por escrito con precisión en términos de fórmulas y lenguaje técnico.

Cada una de las áreas de examen del examen de especialista incluye todo el contenido de los cursos antes mencionados. Como regla general, los conocimientos se consultan en el contexto de un examen escrito, pero también verbalmente si se desea. Los estudiantes están básicamente familiarizados con la naturaleza de las tareas y las preguntas de los ejercicios.

Química física especial

Curso:

El evento es una optativa obligatoria y está dirigido principalmente a estudiantes de la especialidad de "Análisis Instrumental".

El objetivo del evento es transmitir las relaciones fisicoquímicas cuantitativas que ocurren en el análisis y áreas relacionadas.

Coeficientes de actividad y modelos de coeficientes de actividad

Electroquímica cuantitativa (teoría de Debye-H & uumlckel, electrodos selectivos de iones)

Electroquímica en desequilibrio (conductividad, electrólisis, polarografía)


Experimento 5: la batería ideal

Hasta ahora no has pensado mucho en las baterías. Te proporcionaron un voltaje constante de 9 o 1,5 voltios en todo momento. Asumiste una batería ideal.

Una batería ideal de 9 voltios se caracteriza por lo siguiente propiedades el fin.

  • Ella entrega uno tensión perfecta y constante de 9 voltios.
  • Ella no tiene uno resistencia eléctrica (0 Ω).

Con una batería ideal, solo eso determina carga conectadacuánta electricidad fluye.

Una batería ideal con un consumidor RL..

Una batería ideal de 9V proporciona el voltaje perfecto hasta el momento en que la batería se agota.

Mire de nuevo el último experimento. Con una batería ideal, con una Capacidad de 500 mAh, medirías los siguientes valores.

  • Todo el voltaje de se aplica a la resistencia de carga. 9 V a.
  • Un arroyo fluye desde 0,9 A.
  • Para 33 minutos la tensión cede repentinamente 0 V y no fluye más electricidad. La bateria esta vacío.

Te das cuenta de que esta no es la realidad. Aprenderás en los próximos experimentos. baterías reales saber.


Entropía

y τροπή [tropí] - frase, transformación) es una variable de estado extensa en termodinámica. Se puede asignar claramente un valor de entropía a cada estado de equilibrio de un sistema termodinámico. En física estadística, la entropía representa una medida del volumen del espacio de fase que puede alcanzar el sistema En el contexto de la termodinámica clásica, la entropía representa una medida de la accesibilidad adiabática.

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