CPRT.I.C.02

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CPRT.I.C

02 Zustandsänderungen bei (S,V;N=const)

A Energie

dU = +TdSpdV dU(S,V),dN=0;(S,V,N):T,p
(3.9.1.1.1) dU = +nRTdSnRpVdVV dU(S,V),dN=0,T(S,V,N)
T = T0(V0V)2/3exp(23SS0nR) T(S,V,N)
p = p0(V0V)5/3exp(23SS0nR) p(S,V,N)
(3.9.1.1.2) dU = (V0V)2/3exp(23SS0nR)[+nRT0dSnRp0V0dVV] dU(S,V),dN=0
(3.9.1.1.3) (US)V,N = +T0(V0V)2/3exp(23SS0nR)=+T SU(S,V,N)
(3.9.1.1.4) (UV)S,N = p0(V0V)5/3exp(23SS0nR)=p VU(S,V,N)
VUS = 23T0V(V0V)2/3exp(23SS0nR)=23TV VSU(S,V,N),T(S,V,N)
SUV = 23p0nR(V0V)5/3exp(23SS0nR)=23pnR SVU(S,V,N),p(S,V,N)
(3.9.1.1.5) VUS = SUV VSU(S,V,N),SVU(S,V,N)

B Enthalpie

dH = TdS+Vdp dH(S,p),dN=0;(S,p,N):T,V
dH = [TVTV]dS(0VpV)dV dH(S,V),dN=0;(S,V,N):T,p
T = T0(V0V)2/3exp(23SS0nR) T(S,V,N)
VTV = V(23)TV VT(S,V,N)
(3.9.1.2.1) VTV = +23T VT(S,V,N)
(3.9.1.2.2) VTV = +23T0(V0V)2/3exp(23SS0nR) VT(S,V,N)
p = p0(V0V)5/3exp(23SS0nR) p(S,V,N)
VpV = V(53)pV Vp(S,V,N)
(3.9.1.2.3) VpV = +53p Vp(S,V,N)
(3.9.1.2.4) VpV = +53p0(V0V)5/3exp(23SS0nR) Vp(S,V,N)
(3.9.1.2.5) dH = 53TdS53pdV dH(S,V),dN=0;(S,V,N):T,p
(3.9.1.2.6) dH = 53dU dH(U)
(3.9.1.2.7) dH = 53(V0V)2/3exp(23SS0nR)[+nRT0dSnRp0V0dVV] dH(S,V),dN=0
(3.9.1.2.8) (HS)V,N = +53T0(V0V)2/3exp(23SS0nR)=+53T SH(S,V,N)T,T(S,V,N)
(3.9.1.2.9) (HV)S,N = 53p0(V0V)5/3exp(23SS0nR)=53p VH(S,V,N),p(S,V,N)
VHS = 109T0V(V0V)2/3exp(23SS0nR)=109TV VSH(S,V,N),T(S,V,N)
SHV = 109p0nR(V0V)5/3exp(23SS0nR)=109pnR SVH(S,V,N),p(S,V,N)
(3.9.1.2.10) VHS = SHV VSH(S,V,N),SVH(S,V,N)

Übung a

Beim Übergang von der inneren Energie U(S,V,N) zur Enthalpie H(S,p,N) wird (Vp) ersetzt. Wir berechnen (TVT/V) und (pVp/V) für ein ideales Gas im (S,V,N)-Koordinatensystem und nehmen dabei μN=0 an. Sind beide Ausdrücke zueinander proportional? Welche Ausdrücke sind zueinander proportional und was bedeutet das für dH eines idealen Gases in den unabhängigen Variablen (S,V,N)?

C Freie Energie

dF = SdTpdV dF(T,V),dN=0;(T,V,N):S,p
dF = (0STS)dS[pSpS]dV dF(S,V),dN=0;(S,V,N):T,p
T = T0(V0V)2/3exp(23SS0nR) T(S,V,N)
STS = S(231nR)T ST(S,V,N),T(S,V,N)
(3.9.1.3.1) STS = 23SnRT ST(S,V,N),T(S,V,N)
(3.9.1.3.2) STS = 23SnRT0(V0V)2/3exp(23SS0nR) ST(S,V,N)
p = p0(V0V)5/3exp(23SS0nR) p(S,V,N)
SpS = S(231nR)p Sp(S,V,N),p(S,V,N)
(3.9.1.3.3) SpS = 23SnRp Sp(S,V,N),p(S,V,N)
(3.9.1.3.4) SpS = 23SnRp0(V0V)5/3exp(23SS0nR) Sp(S,V,N)
(3.9.1.3.5) dF = (23SnR)TdS(123SnR)pdV dF(S,V),dN=0;(S,V,N):T,p
(3.9.1.3.6) dF = (23SnR)dUpdV dF(U,V),dN=0;(U,V,N):S,p
(3.9.1.3.7) dF = (V0V)2/3exp(23SS0nR)
[(23SnR)nRT0dSnR(123SnR)p0V0dVV] dF(S,V),dN=0
(3.9.1.3.8) (FS)V,N = (23SnR)T0(V0V)2/3exp(23SS0nR) SF(S,V,N)
= (23SnR)T T(S,V,N)
(3.9.1.3.9) (FV)S,N = (123SnR)p0(V0V)5/3exp(23SS0nR) VF(S,V,N)p
= (123SnR)p p(S,V,N)
VFS = +49SnRT0V(V0V)2/3exp(23SS0nR)=+49SnRTV VSF(S,V,N)
SFV = [+231nR(123SnR)231nR] SVF(S,V,N)
p0(V0V)5/3exp(23SS0nR)
= +49SnRp0nR(V0V)5/3exp(23SS0nR)=+49SnRpnR
(3.9.1.3.10) VFS = SFV VSF(S,V,N),SVF(S,V,N)

Übung a

Beim Übergang von der inneren Energie U(S,V,N) zur freien Energie F(T,V,N) wird (ST) ersetzt. Wir berechnen (TST/S) und (pSp/S) für ein ideales Gas im (S,V,N)-Koordinatensystem und nehmen dabei μN=0 an. Sind beide Ausdrücke zueinander proportional? Welche Ausdrücke sind zueinander proportional und was bedeutet das für dF eines idealen Gases in den unabhängigen Variablen (S,V,N)?

D Freie Enthalpie

dG = SdT+Vdp (T,p,N):dG,S,V,dN=0
dG = (0STSVTV)dS(0SpSVpV)dV (S,V,N):dG,T,p,dN=0
dH:(3.9.1.2.1) VTV = +23T VT(S,V,N)
dH:(3.9.1.2.3) VpV = +53p Vp(S,V,N)
dF:(3.9.1.3.1) STS = 23SnRT ST(S,V,N)
dF:(3.9.1.3.3) SpS = 23SnRp Sp(S,V,N)
(3.9.1.4.1) dG = (+2323SnR)TdS(+5323SnR)pdV (S,V,N):dG,T,p,dN=0
(3.9.1.4.2) dG = (+2323SnR)dUpdV (U,V,N):dG,S,p,dN=0
(3.9.1.4.3) dG = (V0V)2/3exp(23SS0nR)
[(+2323SnR)nRT0dSnR(+5323SnR)p0V0dVV] dG(S,V),dN=0
(3.9.1.4.4) (GS)V,N = (+2323SnR)T0(V0V)2/3exp(23SS0nR) SG(S,V,N)
= (+2323SnR)T T(S,V,N)
(3.9.1.4.5) (GV)S,N = (+5323SnR)p0(V0V)5/3exp(23SS0nR) VG(S,V,N)
= (+5323SnR)p p(S,V,N)
VGS = (49+49SnR)T0V(V0V)2/3exp(23SS0nR) VSG(S,V,N)
= (49+49SnR)TV T(S,V,N)
SGV = [+691nR(+5323SnR)231nR] SVG(S,V,N)
p0(V0V)5/3exp(23SS0nR)
= (49+49SnR)p0nR(V0V)5/3exp(23SS0nR)
= (49+49SnR)pnR p(S,V,N)
(3.9.1.4.6) VGS = SGV VSG(S,V,N),SVG(S,V,N)

Übung a

Beim Übergang von der inneren Energie U(S,V,N) zur freien Enthalpie G(T,p,N) wird (Vp) und (ST) ersetzt. Wir berechnen (TST/SVT/V) und (pSp/SVp/V) für ein ideales Gas im (S,V,N)-Koordinatensystem und nehmen dabei μN=0 an. Sind beide Ausdrücke zueinander proportional? Welche Ausdrücke sind zueinander proportional und was bedeutet das für dG eines idealen Gases in den unabhängigen Variablen (S,V,N)?