Tilbake
7.3

7.3 Drill: prosesser, $\Delta U=Q-W$ og entropi (sjanger T4, T7, T8)

Sjangerdrill: kjenn igjen prosesstypen, bruk riktig $(Q,W,\Delta U)$-relasjon, og regn $\Delta S$ som tilstandsfunksjon — raskt og feilfritt.

80 min
14 oppgaver
Drillprosesser$\Delta U=Q-W$entropi (sjanger T4T8)
Din fremgang i kapitlet
0 / 14 oppgaver

Forkunnskaper — sist du var her

Alt du trenger står i kap. 7.1 og
kap. 7.2, med varmekapasitetene fra
kap. 6.2. Her er hele verktøykassa på én skjerm.

Første hovedsetning og arbeidet:
ΔU=QW,W=V1V2pdV,ΔU=nCVΔT (uansett prosess)\Delta U = Q - W, \qquad W = \int_{V_1}^{V_2} p\,dV, \qquad \Delta U = nC_V\,\Delta T \ (\textbf{uansett prosess})
med Q>0Q > 0 = varme inn og W>0W > 0 = arbeid gjort av gassen.

De fire prosessene:

ProsessWWQQΔU\Delta UΔS\Delta S
isokor00nCVΔTnC_V\Delta TnCVΔTnC_V\Delta TnCVlnT2T1\displaystyle nC_V\ln\frac{T_2}{T_1}
isobarpΔV=nRΔTp\Delta V = nR\Delta TnCPΔTnC_P\Delta TnCVΔTnC_V\Delta TnCPlnT2T1\displaystyle nC_P\ln\frac{T_2}{T_1}
isotermnRTlnV2V1\displaystyle nRT\ln\frac{V_2}{V_1}=W=W00nRlnV2V1\displaystyle nR\ln\frac{V_2}{V_1}
rev. adiabatnCVΔT-nC_V\Delta T00nCVΔTnC_V\Delta T00

Adiabatrelasjonene:
pVγ=konst,TVγ1=konst,Tγpγ1=konstpV^{\gamma} = \text{konst}, \qquad TV^{\gamma-1} = \text{konst}, \qquad \frac{T^{\gamma}}{p^{\gamma-1}} = \text{konst}
T2=T1(V1V2)γ1,T2=T1(p2p1)(γ1)/γ,W=p1V1p2V2γ1T_2 = T_1\left(\frac{V_1}{V_2}\right)^{\gamma-1}, \qquad T_2 = T_1\left(\frac{p_2}{p_1}\right)^{(\gamma-1)/\gamma}, \qquad W = \frac{p_1V_1-p_2V_2}{\gamma-1}
Entropi:
dS=dQrevT,ΔS=nCVlnT2T1+nRlnV2V1=nCPlnT2T1nRlnp2p1dS = \frac{dQ_\text{rev}}{T}, \qquad \Delta S = nC_V\ln\frac{T_2}{T_1} + nR\ln\frac{V_2}{V_1} = nC_P\ln\frac{T_2}{T_1} - nR\ln\frac{p_2}{p_1}

ΔSreservoar=QT,ΔSunivers=Q(1Tkald1Tvarm) 0\Delta S_\text{reservoar} = \frac{Q}{T}, \qquad \Delta S_\text{univers} = Q\left(\frac{1}{T_\text{kald}}-\frac{1}{T_\text{varm}}\right) \ \ge 0
Tallene: R=8,314R = 8{,}314. Enatomig: CV=12,471C_V = 12{,}471, CP=20,785C_P = 20{,}785,
γ=1,6667\gamma = 1{,}6667, γ1=0,66667\gamma-1 = 0{,}66667, (γ1)/γ=0,40000(\gamma-1)/\gamma = 0{,}40000.

Toatomig: CV=20,785C_V = 20{,}785, CP=29,099C_P = 29{,}099, γ=1,4000\gamma = 1{,}4000,
γ1=0,40000\gamma-1 = 0{,}40000, (γ1)/γ=0,28571(\gamma-1)/\gamma = 0{,}28571.
Logaritmer: ln2=0,69315\ln 2 = 0{,}69315, ln3=1,0986\ln 3 = 1{,}0986, ln4=1,3863\ln 4 = 1{,}3863.

⚠ Symbolvarsel. QQ er varme i joule (ikke kvalitetsfaktor), SS er
entropi i J/K (ikke taustrekk), TT er kelvin (ikke periode), pp er
trykk (ikke bevegelsesmengde), RR er gasskonstanten (ikke radius), og
γ\gamma er adiabateksponenten — dimensjonsløs mellom 1 og 53\tfrac53, ikke
dempingskoeffisienten fra Del 5, som har enheten s1\text{s}^{-1}.

📜Løsningsoppskriften for sjanger T4, T7 og T8

Fem trinn, i denne rekkefølgen. De dekker alle fjorten oppgavene i kapitlet.

Trinn 1 — identifiser prosessen (fem sekunder, avgjør resten). Let etter
signalordet: «stiv beholder» → isokor; «fritt stempel», «konstant trykk» →
isobar; «langsomt», «vannbad», «konstant temperatur» → isoterm; «isolert»,
«raskt», «adiabatisk» → adiabat; «fritt inn i vakuum» → fri ekspansjon
(irreversibel!). Skriv prosesstypen ned som ord.

Trinn 2 — bruk prosessens relasjon. Hver prosess har sin null: isokor
W=0W = 0, isoterm ΔU=0\Delta U = 0, adiabat Q=0Q = 0. Isobaren har ingen null, men det
enkleste arbeidet. Regn den størrelsen relasjonen gir deg direkte.

Trinn 3 — adiabat: velg riktig form. Har du trykk og volum, bruk
pVγpV^\gamma. Temperatur og volum: TVγ1TV^{\gamma-1}. Temperatur og trykk:
T2=T1(p2/p1)(γ1)/γT_2 = T_1(p_2/p_1)^{(\gamma-1)/\gamma}. Regn eksponenten som eget
mellomresultat
, med alle sifrene. Kontrollér til slutt det nye trykket med
gassloven — to uavhengige veier.

Trinn 4 — entropi: riktig form, og hvem sin entropi. Gass →
nCVln(T2/T1)+nRln(V2/V1)nC_V\ln(T_2/T_1) + nR\ln(V_2/V_1). Reservoar → Q/TQ/T. Stoff med konstant cc
mcln(Tf/Ti)mc\ln(T_f/T_i). Irreversibel prosess → konstruér reversibel omvei. Og les
om det spørres om systemets eller universets entropi.

Trinn 5 — andre hovedsetning som test. Skal du avgjøre om noe er mulig, regn
ΔSunivers\Delta S_\text{univers} og se på fortegnet: positiv = irreversibel og mulig,
null = reversibel og mulig, negativ = umulig.

Sluttsjekken, seks spørsmål: (i) er alle temperaturer i kelvin? (ii) stemmer
ΔU=QW\Delta U = Q - W numerisk med mine tre tall? (iii) er hvert fortegn skrevet ut i
klartekst (inn/ut, på/av gassen)? (iv) brukte jeg CVC_V til ΔU\Delta U og til
volumleddet i entropien? (v) er ΔSunivers0\Delta S_\text{univers} \ge 0? (vi) i en sløyfe:
er ΔU=0\Delta U = 0 og ΔSgass=0\Delta S_\text{gass} = 0?

✏️Eksempel: en adiabat-klynge i MC-tempo, med margnotater

En stiv sylinder med et stempel inneholder 1,00mol1{,}00\,\text{mol} nitrogengass
(toatomig) ved 320K320\,\text{K} og volumet 30,0L30{,}0\,\text{L}. Stempelet
presses raskt inn til halve volumet.

a) Hva er starttrykket?

b) Hva blir slutt-temperaturen?

c) Hva blir slutt-trykket?

d) Hvor mye arbeid ble gjort, og hva er gassens entropiendring?

Trinn 1 — identifiser prosessen. Ordet er «raskt»: varmestrømmen rekker
ikke å bli noe av, altså adiabatisk, Q=0Q = 0. Toatomig gass gir
γ=1,4000\gamma = 1{,}4000.

Margnotat: dette ene ordet er hele oppgaven. Leste du «langsomt» i stedet,
ville prosessen vært isoterm, og alle fire svarene ville blitt andre — i c)
ville du fått 1,7737105Pa1{,}7737\cdot10^{5}\,\text{Pa} i stedet for 2,3403105Pa2{,}3403\cdot10^{5}\,\text{Pa}. Begge tall
står typisk på alternativlista.

a)
p1=nRT1V1=1,008,3143200,0300Pa=8,8683104Pa.p_1 = \frac{nRT_1}{V_1} = \frac{1{,}00 \cdot 8{,}314 \cdot 320}{0{,}0300} \,\text{Pa} = 8{,}8683\cdot10^{4}\,\text{Pa}.

b) Temperatur og volum er oppgitt, så formen er TVγ1TV^{\gamma-1}:
T2=T1(V1V2)γ1=32020,40000K=3201,31951K=422,24K.T_2 = T_1\left(\frac{V_1}{V_2}\right)^{\gamma-1} = 320 \cdot 2^{0{,}40000}\,\text{K} = 320 \cdot 1{,}31951\,\text{K} = 422{,}24\,\text{K}.

Margnotat: eksponenten er γ1\gamma - 1, ikke γ\gamma. Bruker du γ\gamma
her, får du trykkforholdet i stedet for temperaturforholdet — og svaret
3202,63902=844,49K320 \cdot 2{,}63902 = 844{,}49\,\text{K} er «bare» litt for høyt, ikke
absurd. Bruker du enatomig γ\gamma, får du 507,97K507{,}97\,\text{K}. Verdier fra
arket: γ\gamma for toatomig gass. Behold alle sifrene i eksponenten: med
0,40{,}4 i stedet for 0,400000{,}40000 flytter svaret seg i tredje siffer.

c) Nå trykk og volum, altså pVγpV^\gamma:
p2=p1(V1V2)γ=8,868310421,4000Pa=8,86831042,63902Pa=2,3403105Pa.p_2 = p_1\left(\frac{V_1}{V_2}\right)^{\gamma} = 8{,}8683\cdot10^{4} \cdot 2^{1{,}4000} \,\text{Pa} = 8{,}8683\cdot10^{4} \cdot 2{,}63902\,\text{Pa} = 2{,}3403\cdot10^{5}\,\text{Pa}.

Uavhengig kontroll med gassloven:
p2=nRT2V2=1,008,314422,240,01500Pa=2,3403105Pa p_2 = \frac{nRT_2}{V_2} = \frac{1{,}00 \cdot 8{,}314 \cdot 422{,}24}{0{,}01500} \,\text{Pa} = 2{,}3403\cdot10^{5}\,\text{Pa} \ \checkmark

Margnotat: gjør alltid denne kontrollen. Den koster tjue sekunder og
fanger både feil eksponent, feil γ\gamma og for tidlig avrunding. Stemmer de to
veiene til tre siffer, er svaret riktig.

d) Med Q=0Q = 0 er W=ΔUW = -\Delta U:
ΔU=nCVΔT=1,0020,785102,24J=2125,1J,W=2125,1J.\Delta U = nC_V\Delta T = 1{,}00 \cdot 20{,}785 \cdot 102{,}24\,\text{J} = 2125{,}1\,\text{J}, \qquad W = -2125{,}1\,\text{J}.
Fortegnet i klartekst: WW er negativ, altså 2125,1J2125{,}1\,\text{J} arbeid gjort
gassen. Det er derfor den ble varmere.

Entropien: prosessen er en reversibel adiabat, altså isentrop:
ΔSgass=0.\Delta S_\text{gass} = 0.

Margnotat: her ligger den ene entropifella i adiabatoppgaver. ΔS=0\Delta S = 0
gjelder fordi prosessen er reversibel og adiabatisk. Var den samme
volumendringen skjedd som en fri ekspansjon eller med friksjon, ville QQ
fremdeles vært null, men ΔS>0\Delta S > 0. Oppgaven må si «reversibelt» eller
beskrive en kvasistatisk prosess for at du kan sette ΔS=0\Delta S = 0.

Samlet tid: fire spørsmål på under fire minutter, når du skriver prosesstypen
og eksponentene ned først. Det er tempoet et sett med om lag seks minutter per
spørsmål krever — de raske må gå raskt for å gi rom til de tunge.

Bolk 1 — første hovedsetning og de fire prosessene (oppgave 1–4, ~20 min)

De fire første er sjanger T8 i sine fire grunnformer: rent fortegnsregnskap,
isokor, isobar og isoterm.

📝Oppgave 1
Sjanger T8, flervalg i…

En gass mottar
2400J2400\,\text{J} varme og gjør 900J900\,\text{J} arbeid på omgivelsene. Hva er
ΔU\Delta U?

A 3300J3300\,\text{J} · B 1500J1500\,\text{J} · C 1500J-1500\,\text{J} · D 2400J2400\,\text{J} · E 900,0J900{,}0\,\text{J} · F 1200J1200\,\text{J}

Oppgi bare bokstavsvaret.

📝Oppgave 2
Sjanger T8 og T7, isokor
1,80mol1{,}80\,\text{mol} argon (enatomig) varmes fra
250K250\,\text{K} til 370K370\,\text{K} i en stiv beholder.

a) Finn WW, ΔU\Delta U og QQ.

b) Finn gassens entropiendring.

c) Hvor mye ville QQ vært om samme oppvarming skjedde ved konstant trykk?

📝Oppgave 3
Sjanger T8 og T7, isobar
0,600mol0{,}600\,\text{mol} toatomig gass utvider seg ved
konstant trykk 1,20105Pa1{,}20\cdot10^{5}\,\text{Pa} fra 10,0L10{,}0\,\text{L} til 18,0L18{,}0\,\text{L}.

a) Finn WW og temperaturendringen.

b) Finn ΔU\Delta U og QQ, og kontroller QQ med CPC_P.

c) Finn start- og slutt-temperaturen, og gassens entropiendring.

📝Oppgave 4
Sjanger T8 og T7,…
2,50mol2{,}50\,\text{mol} ideell gass utvider seg isotermt
og reversibelt ved 380K380\,\text{K} til 2,502{,}50 ganger volumet.

a) Finn ΔU\Delta U, WW og QQ.

b) Finn gassens entropiendring.

c) Finn omgivelsenes og universets entropiendring.

— naturlig pausepunkt —

Bolk 2 — adiabaten (oppgave 5–6, ~15 min)

To oppgaver, begge i eksamensformat, og begge om å velge riktig eksponent. Det
er den ene ferdigheten sjanger T4 tester.

📝Oppgave 5
Sjanger T4, flervalg i…

En toatomig ideell gass
komprimeres adiabatisk og reversibelt til en tredjedel av volumet.
Starttemperaturen er 290K290\,\text{K}. Hva blir slutt-temperaturen?

A 870,00K870{,}00\,\text{K} · B 603,22K603{,}22\,\text{K} · C 1350,1K1350{,}1\,\text{K} · D 450,04K450{,}04\,\text{K} · E 635,62K635{,}62\,\text{K} · F 186,87K186{,}87\,\text{K}

Oppgi bare bokstavsvaret.

📝Oppgave 6
Sjanger T4, flervalg i…

En enatomig ideell gass
komprimeres adiabatisk fra 300K300\,\text{K}, slik at trykket blir
10,010{,}0 ganger så stort. Hva blir slutt-temperaturen?

A 579,21K579{,}21\,\text{K} · B 1392,5K1392{,}5\,\text{K} · C 753,57K753{,}57\,\text{K} · D 3000,0K3000{,}0\,\text{K} · E 13925K13925\,\text{K} · F 1194,3K1194{,}3\,\text{K}

Oppgi bare bokstavsvaret.

— naturlig pausepunkt —

Bolk 3 — entropi og hovedsetningene (oppgave 7–14, ~40 min)

Siste bolk er sjanger T7 i alle sine former, og de tre siste oppgavene kobler
prosesser og entropi slik en full MC-klynge gjør.

📝Oppgave 7
Sjanger T7
2,00mol2{,}00\,\text{mol} ideell gass utvider seg isotermt til
4,004{,}00 ganger volumet.

a) Finn gassens entropiendring.

b) Hvor mye ville svaret endret seg om gassen var enatomig i stedet for
toatomig?

c) Hvor mye ville det endret seg om temperaturen var dobbelt så høy?

📝Oppgave 8
Sjanger T7, flervalg i…
1,25mol1{,}25\,\text{mol} toatomig gass
varmes fra 300K300\,\text{K} til 480K480\,\text{K} ved konstant trykk. Hva
er gassens entropiendring?

A 12,211J/K12{,}211\,\text{J/K} · B 4,8845J/K4{,}8845\,\text{J/K} · C 74,265J/K74{,}265\,\text{J/K} · D 58,198J/K58{,}198\,\text{J/K} · E 12,211J/K12{,}211\,\text{J/K} · F 17,096J/K17{,}096\,\text{J/K}

Oppgi bare bokstavsvaret.

📝Oppgave 9
Sjanger T7, fri…
0,750mol0{,}750\,\text{mol} ideell gass ekspanderer fritt i
en isolert beholder til 3,003{,}00 ganger volumet.

a) Finn QQ, WW og ΔT\Delta T.

b) Finn gassens og universets entropiendring.

c) Beskriv omveien du regnet langs, og hvorfor svaret gjelder.

📝Oppgave 10
Sjanger T7 og T8

Varmen 4500J4500\,\text{J} lekker fra et rør ved
550K550\,\text{K} til et rom ved 310K310\,\text{K}.

a) Finn entropiendringen for hvert reservoar.

b) Finn universets entropiendring på to måter.

c) Hvor mye arbeid kunne i beste fall vært hentet ut av denne varmen?

📝Oppgave 11

(Kvalitativ oppgave — «hvilken prosess er umulig», gjenganger i sjangeren.)
Avgjør for hver av disse om den er mulig, og begrunn med en av hovedsetningene.

a) En gass i en isolert beholder ekspanderer fritt, og temperaturen faller.

b) En gass komprimeres isotermt, og entropien faller.

c) Varme strømmer spontant fra et rom ved 295K295\,\text{K} til en radiator
ved 340K340\,\text{K}.

d) En maskin tar 1000J1000\,\text{J} varme fra et varmt reservoar, gjør
400J400\,\text{J} arbeid, og gir 600J600\,\text{J} til et kaldt reservoar.

📝Oppgave 12
Sjanger T7 og T8…
1,00mol1{,}00\,\text{mol} toatomig gass
starter ved 350K350\,\text{K} med volumet 25,0L25{,}0\,\text{L}. Den føres først
isotermt til dobbelt volum, deretter isokort ned til 250K250\,\text{K}.

a) Finn QQ, WW, ΔU\Delta U og ΔS\Delta S for hvert trinn.

b) Finn totalene, og kontroller energiregnskapet.

c) Er nettovarmen inn eller ut av gassen?

📝Oppgave 13
Sjanger T7, flervalg i…
1,50mol1{,}50\,\text{mol} toatomig gass går
fra T1=320KT_1 = 320\,\text{K}, V1=30,0LV_1 = 30{,}0\,\text{L} til T2=480KT_2 = 480\,\text{K},
V2=15,0LV_2 = 15{,}0\,\text{L}. Hva er gassens entropiendring?

A 3,9971J/K3{,}9971\,\text{J/K} · B 12,641J/K12{,}641\,\text{J/K} · C 8,6442J/K-8{,}6442\,\text{J/K} · D 9,0537J/K9{,}0537\,\text{J/K} · E 21,286J/K21{,}286\,\text{J/K} · F 37,656J/K37{,}656\,\text{J/K}

Oppgi bare bokstavsvaret.

📝Oppgave 14
Eksamensnivå
1,00mol1{,}00\,\text{mol} toatomig gass føres gjennom fire trinn:

- A → B: isokor oppvarming fra 300K300\,\text{K} til 600K600\,\text{K} ved
volumet 20,0L20{,}0\,\text{L}.
- B → C: isoterm ekspansjon ved 600K600\,\text{K} til 40,0L40{,}0\,\text{L}.
- C → D: isokor avkjøling tilbake til 300K300\,\text{K}.
- D → A: isoterm kompresjon ved 300K300\,\text{K} tilbake til
20,0L20{,}0\,\text{L}.

a) Finn trykket i alle fire hjørnene.

b) Finn QQ, WW, ΔU\Delta U og ΔS\Delta S for hvert trinn.

c) Summér, og kontroller at ΔUsløyfe=0\Delta U_\text{sløyfe} = 0 og
ΔSgass=0\Delta S_\text{gass} = 0.

d) Finn virkningsgraden η=Wnetto/Qinn\eta = W_\text{netto}/Q_\text{inn}, og sammenlign
med Carnot-grensen 1Tkald/Tvarm1 - T_\text{kald}/T_\text{varm}.

Begrepsbank

Begrepsbanken er flashcard- og repetisjonsstoff — den gjentar det du nettopp har
lest. Hopp trygt over ved førstegangslesing; tidsanslaget for kapitlet gjelder
kjernestoffet. Drillkapitler har liten begrepsbank med vilje: de er
treningsbanker, ikke begrepsbanker.

Oppskrift sjanger T8 — fortegnsanalyse

1. Identifiser prosessen fra signalordet, og skriv typen ned som ord.
2. Skriv prosessens null: isokor W=0W = 0, isoterm ΔU=0\Delta U = 0, adiabat
Q=0Q = 0. Isobaren har ingen null.
3. Regn ΔU=nCVΔT\Delta U = nC_V\Delta T — den gjelder uansett prosess, og er derfor
alltid trygg å starte med.
4. Finn den tredje fra ΔU=QW\Delta U = Q - W.
5. Les hvert fortegn ut i klartekst: varme inn eller ut, arbeid på eller av
gassen.
6. Sluttsjekk: stemmer ΔU=QW\Delta U = Q - W numerisk med de tre tallene dine?

Mange varianter i sjangeren er rene konseptspørsmål («hvilken prosess har
W=0W=0», «kan en gass motta varme og bli kaldere») og krever ingen regning — bare
at prosesstabellen sitter.

Oppskrift sjanger T4 — adiabaten

1. Finn γ\gamma fra gassen: tell frihetsgrader hvis nødvendig. Enatomig
1,66671{,}6667, toatomig 1,40001{,}4000.
2. Velg formen som inneholder de to oppgitte størrelsene:
trykk og volum → pVγpV^\gamma; temperatur og volum →
T2=T1(V1/V2)γ1T_2 = T_1(V_1/V_2)^{\gamma-1}; temperatur og trykk →
T2=T1(p2/p1)(γ1)/γT_2 = T_1(p_2/p_1)^{(\gamma-1)/\gamma}.
3. Regn eksponenten som eget mellomresultat, med alle sifrene:
γ1=0,40000\gamma-1 = 0{,}40000 og (γ1)/γ=0,28571(\gamma-1)/\gamma = 0{,}28571 for en toatomig gass.
4. Arbeidet: W=nCVΔTW = -nC_V\Delta T, eller (p1V1p2V2)/(γ1)(p_1V_1-p_2V_2)/(\gamma-1) hvis du
bare har trykk og volum.
5. Kontrollér det nye trykket med gassloven — to uavhengige veier til samme
tall. Denne kontrollen fanger både feil eksponent og feil γ\gamma.
6. Entropien er null hvis prosessen er reversibel; er den irreversibel, er
den positiv.

Oppskrift sjanger T7 — entropi

1. Hvem sin entropi? Systemets, omgivelsenes eller universets. Les spørsmålet
på nytt.
2. Er prosessen irreversibel? Konstruér en reversibel omvei mellom samme
to tilstander.
3. Velg formen: gass → nCVln(T2/T1)+nRln(V2/V1)nC_V\ln(T_2/T_1) + nR\ln(V_2/V_1); reservoar →
Q/TQ/T; stoff med konstant ccmcln(Tf/Ti)mc\ln(T_f/T_i); faseovergang → L/TL/T.
4. Regn logaritmens argument som eget mellomresultat, med kelvin. Da ser
du fortegnet umiddelbart: forhold under 1 gir negativt bidrag.
5. Spørres det om universet, summer system og omgivelser med fortegn.
6. Sluttsjekk: er ΔSunivers0\Delta S_\text{univers} \ge 0? Er enheten J/K? Er fortegnet
rimelig (ekspansjon og oppvarming positivt, kompresjon og avkjøling negativt)?

Prosesstabellen med entropikolonne
ProsessWWQQΔU\Delta UΔS\Delta S
isokor00nCVΔTnC_V\Delta TnCVΔTnC_V\Delta TnCVlnT2T1\displaystyle nC_V\ln\frac{T_2}{T_1}
isobarpΔV=nRΔTp\Delta V = nR\Delta TnCPΔTnC_P\Delta TnCVΔTnC_V\Delta TnCPlnT2T1\displaystyle nC_P\ln\frac{T_2}{T_1}
isotermnRTlnV2V1\displaystyle nRT\ln\frac{V_2}{V_1}=W= W00nRlnV2V1\displaystyle nR\ln\frac{V_2}{V_1}
rev. adiabatnCVΔT-nC_V\Delta T00nCVΔTnC_V\Delta T00
fri ekspansjon000000nRlnV2V1\displaystyle nR\ln\frac{V_2}{V_1}

Den siste raden er den viktigste å legge på minnet, fordi den er den eneste
der alle tre energistørrelsene er null mens entropien ikke er det. Legg også merke
til at ΔU\Delta U-kolonnen er lik i alle rader: det er tilstandsfunksjonens natur.
Og merk kontrasten mellom de to siste radene: samme Q=0Q = 0, helt ulik
ΔS\Delta S
— fordi den ene er reversibel og den andre ikke.
Sluttsjekkene i Del 7

Seks kontroller som fanger nesten alle feil, og som til sammen tar under et minutt:

1. ΔU=QW\Delta U = Q - W stemmer numerisk med mine tre tall.
2. ΔU=nCVΔT\Delta U = nC_V\Delta T gir samme svar som differansen mellom to
UU-verdier.
3. Isobar varme stemmer både som ΔU+W\Delta U + W og som nCPΔTnC_P\Delta T.
4. Adiabattrykket stemmer både fra pVγpV^\gamma og fra gassloven.
5. ΔSunivers0\Delta S_\text{univers} \ge 0, og null bare for en reversibel prosess.
6. I en sløyfe: ΔU=0\Delta U = 0, ΔSgass=0\Delta S_\text{gass} = 0,
Qnetto=WnettoQ_\text{netto} = W_\text{netto}, og η<1Tkald/Tvarm\eta < 1 - T_\text{kald}/T_\text{varm}.

Poenget med å ha dem som liste: på en eksamen uten delpoeng er et perfekt
oppsett med feil sluttall verdt null. Da er kontrollene ikke pedanteri — de er
det eneste stedet poengene kan berges.

Signalordene i Del 7
Står det i oppgavenProsessNull
«stiv beholder», «fast volum»isokorW=0W = 0
«fritt stempel», «åpen mot atmosfæren»isobaringen
«langsomt», «vannbad», «termisk kontakt»isotermΔU=0\Delta U = 0
«isolert», «raskt», «adiabatisk»adiabatQ=0Q = 0
«strømmer fritt inn i vakuum»fri ekspansjonQ=W=ΔU=0Q = W = \Delta U = 0
«reversibelt», «kvasistatisk»(tillegg)ΔSunivers=0\Delta S_\text{univers} = 0

Ordparet som oftest leses feil: «raskt» mot «langsomt». En rask prosess rekker
ikke å utveksle varme (adiabat); en langsom rekker å jevne ut temperaturen
(isoterm). De peker i motsatt retning, og de gir helt ulike svar på samme
volumendring.
Og merk siste rad: «reversibelt» er ikke en prosesstype, men en tilleggsopplysning
som avgjør entropien.
Eliminasjon i Del 7 — de fysiske grensene

Med seks alternativer er ren gjetting verdt om lag 17 prosent, men Del 7 er
særlig rik på alternativer som kan strykes uten regning:

1. Adiabatisk kompresjon hever temperaturen. Alt under starttemperaturen
strykes.
2. Adiabatisk trykkøkning er større enn den isoterme. Alt under
volumforholdet strykes.
3. Eksponenten er under 1, så temperaturøkningen er mindre enn
volum- eller trykkforholdet.
4. Oppvarming og ekspansjon gir positiv ΔS\Delta S; avkjøling og kompresjon
negativ. Har begge samme retning, må svaret være større enn hvert ledd; har de
motsatt, må det ligge mellom dem.
5. CP>CVC_P > C_V, så isobar entropiendring er større enn isokor for samme
temperaturendring.
6. ΔSunivers\Delta S_\text{univers} kan ikke være negativ, og η\eta kan ikke
overstige Carnot-grensen.
7. Enhet og størrelsesorden: entropi i J/K, energi i J, temperatur i K.

Og siden det ikke finnes minuspoeng: lever aldri blankt — men bruk
eliminasjonen først.

Sifferdisiplinen: eksponent mot logaritme

Del 7 har to ulike sifferregimer, og de krever motsatt oppmerksomhet:

Eksponenter forstørrer avrunding. I adiabatregning må γ1\gamma-1 og
(γ1)/γ(\gamma-1)/\gamma brukes med alle sifrene — 0,400000{,}40000 og 0,285710{,}28571 for en
toatomig gass, ikke 0,40{,}4 og 0,290{,}29. Med et forhold på 20 gir den avrundede
eksponenten 2,383962{,}38396 mot riktig 2,353552{,}35355: forskjell i tredje siffer.

Logaritmer demper avrunding. I entropiregning er tre siffer i
temperaturforholdet stort sett nok, fordi ln\ln komprimerer relative feil. Men
kelvin er kritisk: et flyttet nullpunkt endrer argumentet dramatisk, og det
demper logaritmen ikke.

Og den tredje fella, som er verst: når svaret er en differanse mellom to
nesten like store tall
— nettovarmen i en tostegsprosess, eller en
entropiendring der oppvarming og kompresjon nesten balanserer. Der må
mellomregningene holdes med fire siffer, ellers blir sluttsvaret feil med titalls
prosent. Kjenn igjen situasjonen: står det et minustegn mellom to store tall i
sluttlinja, trenger du sifrene.

Symbol- og formelliste
Repetisjonsoppgaver

Dette kapitlet er skrevet av Anthropics toppmodeller (Claude Opus og Claude Fable) og er foreløpig ikke manuelt gjennomgått — kvalitetskontrollen gjøres av uavhengige KI-agenter, og innmeldte feil rettes fortløpende. Funnet en feil? Meld fra, så retter vi den. Les mer om hvordan innholdet lages.

Skolesaga er en uavhengig læringsressurs og er ikke tilknyttet eller godkjent av Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet. Dette er ikke offisielt studiemateriell. Les mer.