Kordamisküsimused aines "Keskkonnakeemia" 1. SI-süsteemi põhiühikud. Pikkus-m; mass-kg; aeg- s; voolutugevus- A; Temperatuur- K; valgustugevus- kandela (cd); ainehulk- mol. 2. Mida näitab ainehulk? Ainehulk on füüsikaline suurus, mis näitab aineosakeste arvu ühes massiühikus. 3. Mis on ainehulga ühik? Ainehulga ühik- 1 mol; 1 mmol; 1 kmol. 4. Millega tegeleb keskkonnakeemia? Keskkonnakeemia on teadusharu, mis uurib looduses toimuvaid keemilisi ja biokeemilisi nähtusi. Keskkonnakeemia kui interdistsiplinaarne teadusharu on tihedalt seotud atmosfääri-, hüdro- ja mullakeemiaga. 5. Mis on aineringe. Kirjeldage fosforiringe või lämmastikuringe (tehke joonis). Aineringe on ökosüsteemis toimuv keemiliste elementide tsükiline liikumine läbi lagundamis- ja
AINE HULK. ARVUTUSED MOOLIDEGA. 1.MÕISTEID 1)Mool - aine hulga ühik. 2) Aine hulk (n) - aine kogus moolides. 3) Avogadro arv ( NA ) - aineosakeste (aatomite, molekulide, ioonide, elektronide) arv 1 moolis aines. 4)Molaarmass (M) ühe mooli aineosakeste mass. 5)Molaarruumala(Vm) - gaasilise aine 1 mooli ruumala. 2.VALEMID, TÄHISED, ÜHIKUD n = m/M n= V/Vm n= N/NA n - aine hulk (mol; kmol) m mass ( g; kg) M molaarmass ( g/mol; kg/kmol) V gaasi ruumala (dm3; m3) Vm gaasi molaarruumala (22,4 dm3/mol; 22,4 m3/kmol) N osakeste arv NA - Avogadro arv ( 6,02 1023 1/mol ; 6,02 1026 1/kmol)
redutseerimisel süsiniku või süsinikoksiidiga kõrgel temperatuuril. Kasutatakse ka redutseerimist aktiivsema metalliga, nt. alumiiniumiga. Näidisülesanne: Arvutage reaktsiooni saagise protsent kui 240 kg raud(III)oksiidist saadi aluminotermilisel tootmisel 140kg rauda. Lahendus: Arvutame kui palju rauda tekkis 240 kg raud(III)oksiidist reaktsioonivõrrandi järgi. Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3 M (Fe2O3) = 160 g/mol = 160 kg/kmol Reageerinud raud(III)oksiidi hulk: N(Fe2O3) = m(kg) / M (kg /kmol) = 240 kg / 160 kg/kmol = 1,5 kmol Võrrandi järgi saadakse mol raud(III)oksiidist 2 mol rauda, seega peaks 1,5 kmol raud(III)oksiidist saama võrrandi järgi 3,0kmol rauda. Tegelikult saadud raua hulk: n(Fe) = m(kg) / M(kg/kmol) = 140 kg/ 56 kg/kmol = 2,5 kmol Reaktsiooni saagise protsent on seega P(saagis) = n(tegelik) * 100% / n (teoreetiline) = 2,5 kmol * 100% / 3kmol = 83,3% Vastus: reaktsiooni saagise protsent on 83,3% Elektrolüüs
134 1 18. Arvutusülesanded Aine hulk väljendab osakeste arvu. Aine hulga ühik on mool. Üks mool = 6,02 • 1023 osakest. molaar- n— osakeste mass mass ruumala molaarruumala ainehulk tihedus arv 3 g/mol dm = I dm3/mol mol g/cm g kg kg/kmol m3/kmol kmol kg/m IV n Molaarmass on ühe mooli aine mass. Molaarmassi arvutamiseks tuleb liita kokku aatommassid, arvestades indekseid. Näide = 24 • 3 + 31 • 2 + 16 • 8 = 262 g/mol Gaaside molaarruumala (ühe mooli mis tahes gaasi ruumala normaaltingimustel) 22,4 dm3/mol Normaaltingimused (nt.) on t = O oc ja p = I atm (101 325 Pa)
Füüsikaline keemia harjutus. Esimene kodutöö. 4HCl + O2 2H2O(g) + 2Cl2 T = 1000K H298° x 10-6 Soojusmahtuvus J/kmol kraad Kehtiv temperatuuri Aine -3 intervalis J/kmol a x 10 b c x 10-8 HCl -92,31 26,53 4,60 1,09 298 - 2000 O2 0 31,46 3,39 -3,77 298 - 3000 H2O(g) -241,81 30,00 10,71 0,33 298 - 2500 Cl2 0 37,03 0,67 -2,85 298 - 3000 1
m = Y*/X m1= Y1*/ X1 = 0,0017482/ 0,0019424= 0,9 m2 = Y2*/ X2 = 0,00156205/ 0,0017356= 0,9 Tabelist 2 on näha, et tasakaalukonstandi m väärtused on lähedased ühele, s.t. et põhiline massiläbikandetakistus on koondunud gaasifaasi. Arvestades seda, võib vedelfaasi poolse takistuse jätta arvestamata ning järelikult Ky ky. 1. Arvutame desorbeerunud ammoniaagi kulu W NH : 3 (2) W = G0Y = L0 (X 1 - X 2 ) L0 = (L* (H2O))/M(H2O) = (0,00515 l/s*1 kg/l)/ 18 kg/kmol = 0,000286 kmol/s W1 = L0*( X1 X2 ) = 0,000286 kmol/s* (0,0019424 0,0017356) = 5,9178*10-8 kmol/s seejärel leiame kontsentratsioon kolonnist väljuvas õhus Y1: Y1 = W1/G0 , kus G0 = (G1 * T0 )/(Vm * T) = (9,09*10-4 m3/s* 298K) / (22,4 m3 /kmol*293K) = = 0,00004138 kmol/s Y1= W1/G0 = 5,9178*10-8/ 0,00004138 = 0,001430103 kmol NH3/kmol õhku 2. Massiläbikande võrrandist arvutatame gaasifaasi poolne massiläbikandetegur Ky (5) W = K x Axk = K y Ayk
temperatuuri 1 kraadi võrra ühik ... J/K erisoojus massiühiku aine soojusmahtuvus ühik ... J/(kg*K) erisoojus cp keha soojusmahtuvus jääval rõhul gaasi soojendamisel hoitakse rõhk const. J/ (kg*K) erisoojus cv keha soojusmahtuvus jääval ruumalal gaasi soojendamisel ei lasta sel paisuda J/ (kg*K) moolsoojus Cp ühe kilomooli aine soojusmahtuvus jääval rõhul gaasi soojendamisel hoitakse rõhk const. J/(kmol*K) moolsoojus Cv ühe kilomooli aine soojusmahtuvus jääval ruumalal gaasi soojendamisel ei lasta sel paisuda. J/(kmol*K) 2.Vabadusastmete arv sõltumatute suuruste arv, mille abil on võimalik määrata süsteemi olekut 3.Molekuli ühele vabadusastmele vastab keskmine energia kT/2 J (k- universaalne gaasikonstant, T temperatuur) 4.Universaalne gaasikonstant töö, mida teeb üks kmol gaasi soojenemisel ühe kraadi võrra jääval ruumalal. 8.31*107 J/(kmol*K) 5
d = = 1,77 m h * 293K * 1,1bar * * 13 400m * 1,22kg d=? Ül. 2.24 T1=373K =1-T3/T1=1-273-373=0,27 T3=273K q1=R*T1*ln(p2/p1) q2=R*T2*ln(p3/p2) p1=10bar T3/T2=(p3/p2) (k-1)/k=>p2=1,41bar p3=1bar q1=134 KJ/kg q2=98 KJ/kg =? q1=? q2=? Ül. 2.39. T=1273K tabelist 1273K => cp=35,914 lineaar tegelik cp=28,97+0,0106t-3,55*10-6t2=36,02 kJ/(kmol*K) =35,914*100%/36,02=0,3% cp=? =? Ül. 2.45. V=0,1 m3 tabelist cvm=20,759 kJ/kmol*K t1=0C Q=v0*cv´*(t2-t1) t2=200C Q=0,1*(20,93/22,4)*200=18,7 kJ p=760mmHg õhk=28,96 kg/kmol Q=?
x=(7,549-log760)/ 1642,2 x=2,8426*10^-3 x=1/T => T=1/x=351,79 K 351,79-273=78,79 C kraadi juures 80 90 t=78,79°C 4) arvutatakse Troutoni konstant, s.o. entroopia muut 1 mooli aine aurustumisel normaalrõhul aine keemistemperatuuril Tn.r: H aur S= JK -1mol-1 S 89,27022 J/Kmol T n .r . Järeldus Benseeni keemistemperatuur normaalrõhul katse tulemuste järgi on 78,79°C ja kirjanduse andmete järgi 80,1°C. Troutoni konstant tuli 89,27 J/Kmol, kirjanduses on samaks suuruseks antud benseeni puhul 89,45 J/Kmol 033 0,0034 aülikool eemia õppetool Teostatud: 21.03.2012 AURURÕHU H aur 2,3 R 145=31404 , 37 J / mol
Päikese kiirguse mõjul gaasi temperatuur tõuseb päeva jooksul 10ºC võrra. Millise soojushulga sai gaas? Kui palju suurenes rõhk balloonis? Metaani erisoojus arvutada molekulaarkineetilise teooria järgi. Metaan CH4 T1 = 273,15K+17=290,15K T2 = 273,15K+27=300,15K V = 10m3 =const p1 = 0,8*106 Pa p2 = ? Q=? Cv Cp Suhe Vabadusastmete arv kJ ( kmol K ) k = Cp / C v i Üheaatomiline gaas 12,56 20,93 1,67 3 Kaheaatomiline gaas 20,93 29,31 1,41 5 Kolme-ja enamaatomiline gaas 29,31 37,68 1,29 6 Cv = R i / 2 [ J/kmol K] Cp = i+2R/ 2 [ J/kmol K]
Vastus. Voolu kiirus on 0,12 m/s Ül. 8 Antud V = 100 l = 0,1 m3 t = 0 0C = 273,15 K p = 30 atm q= 0,00142 kg/m3 Gaasi ideaaltingimused p2= 1 atm = 105 Pa T2 = 0oC = 273, 15 K Leida m=? Lahendus: p1V1/T1 = p2V2/T2 T1 = T2 V2 = p1V1/p2 P2 = 1 atm V2 = 30 atm * 0,1 / 1 atm = 3 m3 q= m/V m=q*V m = 0,00142 kg/m3 * 3 m3 = 0,00426 kg Vastus. Hapniku mass on 0,00426 kg. Ül.9 Antud V1 = 6l = 0,006 m3 p1 = 0,94MPa = 9,4 atm T1 = 27 C0 = 273,15+27= 300,15 K M = 44kg/kmol Vmol = 22,4 m3/kmol (ideaalsetes tingimustes) Gaasi ideaaltingimused p2= 1 atm = 105 Pa T2 = 0oC = 273, 15 K Leida m=? Lahendus p1V1 / T1 = p2V2 / T2 9,4*0,006/ 300,15 =1 atm *V2)/ 273,15 V2 = 0,0001879 * 273,15 V2= 0,051 m3 n = V2 / Vmol n = 0,051 / 22,4 = 0.023 kmol n=m/M m=n*M m = 0.02 * 44 = 1 kg Vastus. Gaasi mass on 1 kg. Ül. 10 Antud m = 100g = 0.1kg V1 = 6l = 0,006 m3 p1 = 0,94MPa = 9,4 atm T1 = 27 C0 = 27+273,15 = 300,15K Vmol = 0,0224 m3/mol (ideaalsetes tingimustes) Gaasi ideaaltingimused
e efektiivne kasutegur m mehaaniline kasutegur surveaste eelpaisumis aste järelpaisumis aste z soojus kasutamise tegur s ülelaadimirõhu tihedus, (kg/m3) g jääkgaaside tegur rõhutõuse aste liigõhu tegur o teoreetiline molekulaarse muutuse tegur z tegelik molekulaarse muutuse tegur suhteline õhuniiskus (%) d õhuniiskus, (%) o 1 kilomooli õhumass a läbipuhe tegur Lo teoreetiline põlemiseks vajalik õhuhulk, (kmol/kg) Lo' teoreetiline põlemiseks vajalik õhuhulk, (kg) Vs silindri tööruumala, (m3) D silindri läbimõõt, (m) S kolvi käik, (m) R gaasikonstant, (287 J/kg·K) Gõ õhulaengu mass, (kg) Qa kütuse alumine kütteväärtus, (kJ/kg) Bh kütuse tunnikulu (kg/h) bts kütuse kulu töötsükli jooksul, (kg/tsükel) be efektiivne kütuse kulu, (kg/kW·h) bi indikaator kütuse kulu, (kg/kW·h) Nis ühe silindri poolt arendatav indikaator võimsus
Keskmine isobaarne masserisoojus (4.4) kJ/(kg*K) c 'pm c pm= (4.4) ρ0 6 kus ρ0 – õhu tihedus normaaltingimustel kg/m3, ρ0 = µ/22,4 µ - õhu moolmass, µ = 28,93 kg/kmol kJ 1,16 3 m ∗K kJ c pm= ≈ 0,90 28,93 kg kg∗K 22,4∗kmol Seos isohoorse ja isobaarse erisoojuse vahel (Mayeri võrrandist) (4.5 ;4.6) c vm =c pm−R (4.5) ' ' c vm =c pm−0,372 (4.6) kus R – õhu gaasikonstant (0,2869 kJ/kg*K)
tuleb molekulide arv (N) asendada N1-ga. Kuivõrd iga gaasi molekulis on normaaltingimustes ühesugune arv molekule, siis on ka korrutisel k*NA ühesugune väärtus. Seda korrutist nim. universaalseks gaasikonstandiks ja tähistatakse tähega R. R suuruse saame arvutada, teades, et ühe mooli gaasi jaoks normaaltingimustes on mooli ruumala 22,4dm 3. Paigutades arvud asemele saame: 1,013 * 22,4 / 2,73 , siis saamegi R väärtuseks 8,31 N*m/mol*K . SI-süsteemi puhul peab mooli asemel olema kmol ruumala = 22,4 m3 ja Avogadro on 6,023 * 1026 N/kmol . Boltzmann arvutas oma konstandi ka k=R/NA . Kuna N on kõigi molekulide arv gaasi massis m, ja NA on molekulide arv ühes moolis gaasis, siis: N = * NA . = m/ p*V = m/ *R*T Juhul, kui võtta ainult üks mool gaasi, siis saame seda võrrandit lihtsustada. Et aga =m/V, siis saame üles kirjutada gaasi tiheduse järgmiselt: = p*M/R*T M molekulmass. Isohoorilised protsessid (V=const.) : p*V=m/ *R*T | (:)
V 4 D 2 l v(t ) = = = 0,0044m / s = t 15 60 4 4Vt v = l => =v D 2 4Vt D Re = D 2 = 4Vt 3000 D 4 0,0044 950 Re = = 53,2 3000 3,14 1 Vastus : la min arne Ülesanne 9 P = 0,3MPa = 0,3 10 3 Pa t o = 17 o C = 290 M = 32 10 -3 J R = 8,31 10 3 kmol K -? Lahendus : m m PM PV = RT => P = RT => P = RT => = M MV M RT 0,3 10 3 32 10 -3 = = 3,98km / m 3 8,31 290 Vastus : = 3,98km / m 3 Ülesanne 10 m = 100g = 0.1kg V = 6l = 6 10 -3 kg P = 0,94 MPa = 0,94 10 3 Pa t 0 C = 27 o = 300 J R = 8,31 10 3 kmol K M -? m m PV PV
Lainete levimisel keskonnas kehtib seos v = * f , kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f- sagedus. RT Cp Teoora annab hääle kiiruse jaoks gaasides valemi kus v = , = on Cv gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R universaalne gaasikonstant (R =8,31 J/Kmol), T absoluutne temperatuur, - moolmass (õhu jaoks =29 * 10 3 kg/mol). Seega kui hääle kiirus antud gaasis on määratud, võib arvutada valemi V2 järgi. = (1) RT RT Mõõtnud hääle kiiruse v temperatuuril T, saab valemi v = abil arvutada
J/ (kg*K) Erisoojus cv keha soojusmahtuvus jääval ruumalal gaasi soojendamisel ei lasta sel paisuda J/(kg*K) Aine moolsoojus on ühe mooli selle aine soojusmahtuvus. Gaasi moolsoojus isobaarilisel protsessil Cp on suurem moolsoojusest isokoorilisel protsessil CV , sest isobaarilise protsessi käigus tuleb gaasi paisumisel teha tööd. Moolsoojus Cp ühe kilomooli aine soojusmahtuvus jääval rõhul gaasi soojendamisel hoitakse rõhk const. J/(kmol*K) Moolsoojus Cv ühe kilomooli aine soojusmahtuvus jääval ruumalal gaasi soojendamisel ei lasta sel paisuda. J/(kmol*K)
Näiteks , 100 wattine arvuti vajab 876 kWh (100w * 24h* 365)= 876kWh. Muundades selle energia kivisöe massiks same 438 kilogrammi kivisütt. Nii palju on vaja kivisütt selleks et üks 100 wattine arvuti saaks töödata aasta ringselt . Kuid peab ka arvestama juhtme takistusega ja ka energia muundumisega soojuseks juhtmetes ja paljudest teistest faktoritest. Kuna kivisüsi koosneb vähemalt 50 % süsinikust siis 1 kilo kivisütt sisaldab vähemalt 0.5 kg süsinikku , mis on 1/24 kmol. See reageerib hapnikuga atmosfääris põlemise protsessis moodustades süsinikdioksiidi , mille mass on 44 kg/kmol. 1/24 kmol CO2 tekib igast kilost kivisütt. 1/24 kmol * 44kg/kmol ~1.83kg . Kuna elektrijaamade termodünaamiline efektiivsus on 30% siis ~2 kWh /kg (kivisüsi) energiat toodetakse . Seega energia tootmis ja heitgaaside tekkimise suhe on 0.915 kg CO2 /kWh. Samas kui petrooliumi energia ja heitgaasi suhe on 890g CO2/kWh ja maagaasil on 600g CO2/kWh
log760= -1694,3x + 7,6774 x=(7,6774-log760)/ 1694,3 x=1/T => T=1/x=353,23 K t=80,08°C 4) arvutatakse Troutoni konstant, s.o. entroopia muut 1 mooli aine aurustumisel normaalrõhul aine keemistemperatuuril Tn.r: H aur S = J K -1 mol -1 =32441/353,23=91,84 Tn.r . Järeldus: Benseeni keemistemperatuur normaalrõhul katse tulemuste järgi on 80,08°C ja kirjanduse andmete järgi 80,1°C. Troutoni konstant tuli 91,84 J/Kmol, kirjanduses on samaks suuruseks antud benseeni puhul 89,45 J/Kmol Katset võib lugeda õnnestunuks.
muutub vähe mõõdukal temperatuuri ja rõhu muutumisel. Füüsikalised suurused ja nende mõõtühikud: Masskulu m[kg/s], moolkuju n[mol/s], mahtkulu V[m3/s], kiirus U[m/s], tihedus p[kg/m3], rõhk P[Pa], kõrgus h[m], g[m/s2], ruumala A[m2], võimsus N[W],soojusenergia Q[W],temperatuur T[K], energiabilanss[J/kg], molaarmass M[kg/kmol], molaarruumala normaaltingimustel Vm[m3/kmol],universaalne gaasikonstant R[kmol*K],gaasi maht V[m3], gaaso moolide arv[kmol],viskoosus µ[P], viskoosus ѵ[St],jõud F[N] 2. Energia jäävuse seadus. Mehaanilise energia bilanss erinevatel tingimuste korral (ka mittestats ja stats süsteemile) Süsteemis oleva materjaliga seotud olev energia jaguneb: siseenergia,kineetiline energia, potentsiaalne energia. Läbi süsteemi
moolsoojuste vahe . Võrrelda ja saadud väärtusi käsiraamatus toodud suurustega ja andke hinnang leitud heli kiiruse v arvulise suuruse täpsusele. 4. Kasutatud valemid Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: v= kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi v= on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , - moolmass (õhu jaoks =29· kg/mol). = Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T ,saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures. = kus t on gaasi temperatuur °C. 5. Arvutustabelid f (Hz) (cm) (cm) (cm) (m) 1 4535 23 26,8 3,8 0,077 2 4535 26,8 30,6 3,8 0,077 3 4535 30,6 34,4 3,8 0,077
normaaltingimustel. Ideaalgaaside seadused, unversiaalne gaasikonstant ja selle ühikud lähtudes erinevatest mahu- ja rõhuühikutest - a)gaasilises olekus aine molekulid täidavad ühtlaselt kogu ruumi b) molekulid on pidevas korrapäratus soojusliikumises c) molekulidevahelised kaugused on suured, mistõttu jõud nende vahel lähenevad olematusele(jäetakse arvestamata) d)molekule loetakse massipunktideks; universaalne gaasikonstant töö, mida teeb üks kmol gaasi soojenemisel ühe kraadi võrra jääval ruumalal. 8.31*107 J/(kmol*K) Lahus - kahest või enamast komponendist koosnev homogeenne süsteem Lahusti - mittevesilahuse korral aine, mida on lahuses rohkem ja/või mis ei muuda oma agregaatolekut. (vesilahuste korral alati vesi) Lahustunud aine lahuses pihustunult esinev aine Küllastamata lahus - lahus, milles ainet antud temperatuuril ja rõhul veel lahustub
Temperatuur on füüsikaline suurus, mis iseloomustab keha soojuslikku seisundit. Mida kiiremini liiguvad molekulid, seda kõrgem on temperatuur. Temperatuuri, mis on võrdeline molekulide keskmise kineetilise energiaga nim. absoluutseks temperatuuriks. Ekin = 3/2 kT T absoluutne t (K), Ekin molekulide keskmine kin. energia, k Bottzmani konstant (1.38 -23 J/K) P = 2/3 nEkin ; Ekin = mv ruut ; p = 1/3 n m0 v ruut pV = m/MRT, milles p-rõhk(Pa),v-ruumala(m),m-mass(kg),M-molaarmass(kg/kmol), R-universaalne gaasikonstant (8.31J/molK) Isoprotsessid Iso-lad. Keeles sama. Midagi on sama. Isoprotsessid on sellised protsessid, kus mingi olek on jääv. Bogle'i ja Moriette'i seadus isotermilise protsessi korral on gaasi ruumala ja rõhu korrutis jääv. Gay-Lussaci seadus isobaarilise protsessi korral on gaasi ruumala ja absoluutse t suhe jääv. v/T Charlesi seadus isohoorilise protsessi korral on gaasi rõhu ja absoluutse t suhe jääv. p/T
Tööülesanne Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus. Töövahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. Töö teoreetilised alused Lainete levimise kiirus: , kus: v on lainete levimise kiirus, on lainepikkus, f on sagedus. Gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuse suhe: , kus on moolmass (õhu jaoks =29*10³kg/mol), v on lainete levimise kiirus, R on universaalne gaasikonstant (R=8,31 J/kmol), T on absoluutne temperatuur (°K) on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuse suhe. Heli kiirus mingil teisel temperatuuril: ,kus v on lainete levimise kiirus, t on gaasi temperatuur °C. Tabel Katse nr. f , Hz , cm In , cm In , cm ,m 1 19,5 23,3 3,8 2 23,3 26,8 3,5
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine ohus. 2. Töövahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofin, ostsilloskoop. 3. Töö teoreetilised alused Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub: = kus v on lainete levimise kiirus, lainepikkus, sagedus. Seega kui heli kiirus gaasis on määratud, saab arvutada valemi järgi: = R universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ) T absoluutne temperatuur ( °K) moolmass (ohu jaoks =29·10 3 kg/mol) Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 00C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit või kirjutada V0 = Kus t on gaasi temperatuur 0C. Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks.
3. Töö teoreetilised alused Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub: = kus v on lainete levimise kiirus, lainepikkus, sagedus. Seega kui heli kiirus gaasis on määratud, saab arvutada valemi järgi: 2 = RT R universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ) T absoluutne temperatuur ( °K) moolmass (ohu jaoks =2910 3 kg/mol) Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 00C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit või kirjutada V0 = 1+0,002 t Kus t on gaasi temperatuur 0C. Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks.
19.Isoprotsesside graafikute joonistamine erinevates teljestikes. 1.Energia ei teki ega kao iseenesest, vaid moondub ühest liigist teise. 2. 1)Kõik ained koosnevad molekulides. Nt. 2)Molekulid on pidevas liikumises. Nt. 3)Molekulide vahel on tõmbe ja tõuke jõud. Nt. 3.molekulmass- mo, kg; Kiirus- v(katusega), m/s; molekulide konsentratsioon- n, 1/m3; molaarmass- M, kg/mol, g/mol; Nüü-ainehulk, Imelik „v“, mol või kmol. 4.Mass- m, kg; temp.- T, K; ruumala-V, m3; rõhk- p, Pa. 5.Olekuparameetrik nimetatakse füüsikalist suurust, mis kirjeldab aine olekut või omadusi. VÕI Suurusi rõhk, ruumala ja temperatuur nimetatakse ka olekuparameetriteks. 6.Ideaalseks gaasik nimetatakse lihtsaimat gaasimudelit, mis sisaldab seda üldist, mis on omane kõikidele gaasidele. 7.Konsentratsioon on suurus, mis näitab komponendi osatähtsust lahuses või segus. 8.Normaalrõhk on 760 mm/Hg. 9
C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O 1 mol --3 mol--2mol--3mol n = m:M M(C2H5OH) =12*2+6*1+16= 46g/mol n(C2H5OH) =50g:46 g/mol = 1,1mol n(H2O) =3*1,1=3,3mol m=n*M M(H2O)=2*1+16=18g/mol m(H2O) =3,3mol * 18=59,4g 2.Mitu kilogrammi etanooli võib saada 5kg glükoosi käärimisel? 5kg m-? C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2 1mol ---- 2mol-------2mol n = m:M M(C6H12O6 )=12*6+12*1+6*16=180kg/mol n(C6H12O6) =5kg:180kg/mol=0,02mol n(C2H5OH)=2*0,02mol=0,04kmol M(C2H5OH) = 46kg/kmol m(C2H5OH) = 0,04 *46= 1,84kg 3.Mitu grammi glükoosi võeti käärimiseks, kui tekkis 450dm3CO2? m-? 450dm3 C6H12O6 -> 2C2H5OH + 2CO2 1mol------2mol-------2mol n=V:Vm Vm=22,4 dm3/mol n(CO2) = 450dm3:22,4dm3/mol =20 n(C6H12O6)=20:2=10mol m=n*M M(C6H12O6)=180g/mol m(C6H12O6)=10*180=1800g
Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub: ν=λ∙ƒ kus v on lainete levimise kiirus, λ – lainepikkus, ƒ – sagedus. Seega kui heli kiirus gaasis on määratud, saab χ arvutada valemi järgi: 𝝁𝝂𝟐 χ= 𝑹𝑻 R – universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ) T – absoluutne temperatuur ( °K) μ – moolmass (ohu jaoks μ =29·10 –3 kg/mol) Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 00C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit või kirjutada 𝝂 V0 = 𝟏+𝟎,𝟎𝟎𝟐𝒕
Tööülesanne Heli lainepikkuse määramine õhus. Töövahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. Töö teoreetilised alused Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: v = f kus v on lainete levimise kiirus, . -lainepikkus, f -sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi RT v = µ kus = Cp/Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R -universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T -absoluutne temperatuur( °K) , µ -moolmass (ohu jaoks µ =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,voib . arvutada valemi järgi µv 2 = RT Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T ,saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril,näiteks 0°C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit võib kirjutada: v vo = 1 + 0,002t kus t on gaasi temperatuur °C.
5. 4917 31,2 34,8 3,6 0,00712 6. 4917 34,8 38,3 3,5 0,00712 ln , cm aritmeetiline keskmine on 3,56 cm ehk , m on siis ln korda 2 ehk 7,12 cm ehk 0,0712m Leian helikiiruse: v = f ehk siis v = 0,0712 * 4917 = 344 m/s Leian õhumoolsoojuste suhte: = 1,3959= 1,4 ; 23 C + 273= 296 K ; = µv ²/RT, kus R= 8,31J/kmol T - absoluutne temperatuur( °K), m - moolmass =29·10 3 kg/mol) Leian helikiirus temperatuuril 0 C: 344/ 1+ 0,002 * 23=328,87 = 328,9 m/s 0 C juures Järeldus: Kuna saadud tulemused langevad kokku käsiraamatus olevatega siis järelikult leitud helikiirus 344 m/s temeperatuuril 23 C on õige väärtus. Laboratoorne töö nr 2 Korrapärase kujuga katsekeha tiheduse määramine 1.Tööülesanne.
(2) RT = µ Cp kus = Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K), - moolmass (ohu jaoks =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,voib c arvutada valemi järgi (3) µv 2 = RT
xRT (2) Cp x= kus Cv (3) on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant 3 ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , µ - moolmass (hu jaoks µ =29·10 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vib x arvutada valemi järgi 2 v x= (4) RT Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T ,saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril,
2. Töövahendid. Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. 3. Töö teoreetilised alused. Lainete levimisel keskonnas levimis kiirus võrdub: v= f (1) kus v on lainete levimise kiirus, -lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi, RT v= µ (2) kus Cp = Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , - moolmass (Õhu jaoks =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud, võib arvutada valemi järgi: µv 2 = RT (3) Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit võib kirjutada:
Töö teoreetilised alused: Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub: v=*f (1) Kus v on lainete levimise kiirus on lainepikkus f on sagedus Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi: v=(RT/) (2) =Cp/Cv Kus on gaasi isokoorilise moolsoojuste suhe R on universaalne gaasikonstant R=8,31J/kmol T on abs. temp. (K°) on moolmass (õhu jaoks =29*10-3kg/mol) Seega, kui heli kiirus antud gaasis on määratud, võib arvutada valemi järgi =v2/RT (3) Leidnud heli kiiruse v, temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, n. 0°C juure. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit, võib kirjutada:
2. Töövahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. 3. Töö teoreetilised alused Lainete levimisel keskkonnas levimise kiirus võrdub: v=λ•f kus v on lainete levimise kiirus, λ on lainepikkus ja f on sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi: v = √((χRT)/μ) kus χ= Cp/Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R – universaalne gaasikonstant (R=8,31 J/kmol), T – absoluutne temperatuur (°K), μ – moolmass (õhu jaoks μ = 29•10 ³ kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud, võib χ arvutada valemi järgi: χ = (μv²)/(RT) Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit võib kirjutada: v0 = v/(1+0,002t)
c) kahest 1,3-butadieeni molekulist d) kahest molekulist propaan-1,3-dioolist ja kahest molekulist butaan-1,4-dihappest e) viiest molekulist 2-aminopropaanhappest f) 3 molekulist pentaan-2,4-dioolist 13. Kujuta neljast elementaarlülist koosnev polümeeri ahelalõik, kui monomeeriks on stüreen. ühinemisest 14. Arvuta polüstüreeni keskmine molaarmass, kui polümerisatsiooniaste on 180. 15. Kõrgrõhu polüetüleeni keskmine molaarmass on 45000 kg/kmol. Arvuta polümerisatsiooniaste. 16. Kui suur ruumala 20%-lise hapniku sisaldusega õhku kulub 100 kg polüeteeni täielikuks põlemiseks? 17. Kui suur ruumala süsinikdioksiidi eraldub 25 kilogrammi polüpropeeni täielikul põlemisel? Arvuta tekkiva veeauru mass. 18. Kui suur ruumala kloori vabaneb atmosfääri 100 grammi polüvinüülkloriidi (polükloroeteen) põlemisel? 19. Milline on antud polümeeri ahelalõik? Kirjuta monomeeri(de) valemid, anna neile nimetused
v= √ χ RT μ (2) Cp χ= kus Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuse suhe, R - universaalne gaasikonstant (R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur ( °K), μ - moolmass (õhu jaoks μ = 29 ∙ 10 -3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud, võib χ arvutada valemi järgi μ v2 χ= (3) RT Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0°
Tööülesanne Heli lainepikkuse määramine õhus. Töövahendid Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop. Töö teoreetilised alused Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: v = f kus v on lainete levimise kiirus, . -lainepikkus, f -sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi RT v = µ kus = Cp/Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R -universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T -absoluutne temperatuur( °K) , µ -moolmass (ohu jaoks µ =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,voib . arvutada valemi järgi µv 2 = RT Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T ,saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril,näiteks 0°C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit võib kirjutada: v vo = 1 + 0,002t kus t on gaasi temperatuur °C.
v= RT µ (2) kus Cp ¿ Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, J R - universaalne gaasikonstant ( R=8,31 ), kmol T - absoluutne temperatuur( °K) , -3 kg - moolmass (hu jaoks µ=29 x 10 ). mol Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vib arvutada valemi järgi: µ v2 ¿ (3) RT
15. Ideaalne gaas. Omadused: o Molekulide vahel puudub interaktsioon ( puudub molekulide omavaheline vastastikmõju ehk ei toimu vastastikkuseid põrkeid). o Molekulidel puuduvad mõõtmed. o Molekulid on pidevad korrapäratus liikumises. N2, O2, H2 on hästi kirjeldatavad normaaltingimustel ideaalse gaasina. m- on gaasi mass M- gaasi molaarmass m0- ühe molekuli mass R- universaalne gaasikonstant R = 8,31 J/kmol - moolide arv = m/M 16. Jaotusfunktsiooni mõiste. 17. Maxwelli jaotus. 18. Boltzmanni jaotus. Baromeetriline valem. 19. Molekulide keskmine kineetiline energia. Vabadusastmete arv. Ühe molekuli keskmine energia : - ühe aatomiga gaasi keskmine energia. Vabaastmete arv molekuli kiiruskomponentide arv. Koosneb 3 kulg- ja 3 pöördliikumise parameetrist, kokku on kuus vabaduseastet. Ideaalgaaside pöörlemisel ümber ükskõik, mis telje, siis ning tal on 3 vabaduse
5. 4875 35 38,5 3,5 0,072 6. 4875 38,5 42,1 3,6 0,072 ln , cm aritmeetiline keskmine on 3,6 cm ehk , m on siis ln korda 2 ehk 7,2 cm ehk 0,072m Leian helikiiruse: v = f ehk siis v = 0,072 * 4875 = 351 m/s Leian õhu moolsoojuste suhte: = 1448,6 10-3= 1,44 ; 23,8 C + 273= 296,8 K ; = µv ²/RT, kus R= 8,31J/kmol T - absoluutne temperatuur( °K), m - moolmass =29·10 3 kg/mol) Leian helikiirus temperatuuril 0 C: 351/ 1+ 0,002 * 23,8 = 335 m/s Järeldus: Kuna saadud tulemused on veidi suuremad kui käsiraamatus, siis järelikult leitud kiirus 351 m/s temperatuuril 23,8C on veidike suurem kui tegelik suurus sel temperatuuril. Laboratoorne töö nr 1 Korrapärase kujuga katsekeha tiheduse määramine 1.Tööülesanne.
Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi v= √ x ∙ R ∙T μ (2) Cp kus x= Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , μ - moolmass (ōhu jaoks =29·10-3 kg/mol) Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vōib x arvutada valemi järgi μ v2 x= (3) RT Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures.
ja kehaga tehtava töö järgi. U = A+Q, milles A välisjõudude töö Q väljaspoolt kehale antav soojushulk U siseenergia (J) · Molekulid on pidevas kaootilises liikumises ning nende vahel on vastastikmõju. · Temperatuur on füüsikaline suurus, mis on seotud molekulide keskmise kineetilise enegiaga. Tähis: T (K) T = pVM / mR , milles p rõhk (Pa) R gaasi konstant 8,314*103J/kmol*K 3 V ruumala (m ) T temperatuur (K) m mass (kg) M molkulaarmass (g/mol) T=t+273 · Soojushulgaks nim. soojusvahetuse teel ülekantud energiahulka. Soojushulk kulub keha temperatuuri tõstmiseks. Tähis Q (J) Q= cm(t2-t1) , milles c erisoojus (J/kg*K) t temperatuur (1C0) Q soojushulk (J)
sellelt väljapunkti viiva raadiusvektori r vahel ning dB vektori suund on risti mõlema vektoriga. K2=µ0/4 ja magnetvälja konstant µ0=410-7 H/m H-induktiivsuse ühik hendri. dB = k 2 Idl sin 1 / r 2 k 2 = µ 0 / 4 = 10 -7 H / m H (henri)-induktiivsuse ühik dB = k 2 Idl r / r 3 r / r -ühik vektor 4p.Magneetikud, Ferromagnetism-Aine magneetilisi omadusi iseloomustatakse magnetilise vastuvõtlikusega () Diamagneetikud- H km 10 -8...10 -7 m 3 / kmol (negat ) Paramagneetikud- H km 10 -7 ...10 -6 m 3 / kmol ( posit ) Ferromagneetikud- H km 10 3 m 3 / kmol ( posit ) Erilise magneetikute klassi moodustavad ained, mis on võimelised magneetuma isegi välise magnetvälja puudumisel. Kõige levinuma esindaja raua järgi said nad nimeks ferromagneetikud. Siia kuuluvad raud, nikkel, koobalt, nende sulamid, mangaani ja kroomi sulamid. On samuti ferromagneetilised pooljuhid, mida nim ferriidideks. Nõrgalt magneetiliste ainete magnetumud
3.Töö teoreetilised alused. Kasutatud valemid koos füüsikaliste suuruste lahtikirjutamisega. Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f sagedus. Meie arvutustes on f konstantne 4813 Hz Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant ( R = 8,31 J/kmol ), T - absoluutne temperatuur( °K) , µ - moolmass (õhu jaoks µ =29·10 3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,võib arvutada valemi järgi Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T ,saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures. Kiiruste ruutude suhe võrdub temperatuuride suhtega ning kasutades lähendusmeetodit võib kirjutada kus t on gaasi temperatuur °C. 4. Täidetud arvutus tabelid
TTÜ Materjaliteaduse Instituut Füüsikalise keemia õppetool Töö nr. 6 Puhta vedeliku küllastunud aururõhu määramine dünaamilisel meetodil Üliõpilane Kood Töö teostatud .................................... märge arvestuse kohta, õppejõu allkiri Töö ülesanne. Dünaamiline aururõhu määramise meetod põhineb aine keemistemperatuuride mõõtmisel erinevate rõhkude juures. Teatavasti keeb vedelik temperatuuril, mille juures tema küllastatud aururõhk on võrdne välisrõhuga. Keemistemperatuuride mõõtmine erinevatel rõhkudel annab küllastatud aururõhu temperatuuriolenevuse. Viimasest saab Clapeyroni-Clausiuse võrrandi abil arvutada vedeliku aurustumissoojuse. Aparatuur. Koosneb ele...
Tähistatakse ,,M" [kg] Raskusjõud on vektoriaalne suurus ja ta on maa külgetõmbejõu mõõduks. Tahistatakse ,,R" [N] 1N=1kg x m/s2 Kaal: ,,G" [N] Kujutab endast jõudu, millega antud kehad oma raskusjõu mõjul mõjub näiteks horisontaalsele toele, või olles üles riputatud, siis mõjub niidile millega ta ripub. G=M x g(N) Ainehulk on füüsikaline suurus, mis on määratud selle aine struktuurosakeste arvuga (mol või kmol). Tähistatakse ,,n"[mol,kmol] Moolmass: =M/n [kg/kmol] Moolmaht: V=V/n [m3/kmol] Termodünaamilise keha termodünaamilised parameetrid. Termodünaamiliste kehadega soojuseadmetes ja soojusmootorites kasutatakse põhiliselt gaase ja aure. Gaas ja aur on võimelisem muutma oma mahtu väga laiades piirides. Nende paisumisel ja samuti nende kokkusurumisel (kompresseerimisel). Gaase kasutatakse termodünaamilse kehana näiteks sisepõlemismootorites, gaasiturbiinides, reaktiivmootorites ja veeauru kasutatakse termodünaamilse kehana aurujõuseadmetes
Siit leiame gaasi ruumala normaalsel rõhul: P1 ⋅ V1 3 Vnorm := = 3 × 10 L Pnorm Leiame massi: mass := ρ⋅ Vnorm = 4.26 kg Vastus: hapniku mass on 4,26 kg Ülesanne 9. Kui suur on gaasi mass, mis on suletud ballooni mahuga 6 liitrit. Gaasi rõhk balloonis on 0.94 MPa ja temperatuur 27 ºC ning gaasi kilomooli mass on 44kg/kmol. gm P := 0.94MPa T := ( 27 + 273.15)K M := 44 V := 6L mol Lisame andmetele molaarse gaasi konstandi: joule R := 8.314472⋅ mole⋅ K Leiame gaasi massi ideaalse gaasi võrrandist:
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus. 2. Töövahendid. Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop 3. Töö teoreetilised alused. Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub: v= kus v on lainete levimise kiirus, - lainepikkus, f - sagedus. Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi v= kus Cp = Cv on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe, R - universaalne gaasikonstant (R = 8,31 J/kmol); T - absoluutne temperatuur (K); - moolmass (Õhu jaoks = 29 · 10-3 kg/mol). Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vib arvutada valemi järgi = Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril, näiteks 0° C juures. = kus t on gaasi temperatuur °C. Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks. Heligeneraatori G väljundklemmidelt saadav helisageduslik siinussignaal muundatakse
annaabi.ee 
