Kursplan för
Molekylära drivkrafter 1: Termodynamik
Molecular Driving Forces 1: Thermodynamics
KFKA05, 7,5 högskolepoäng, G1 (Grundnivå)
Gäller för: Läsåret 2012/13
Beslutad av: Utbildningsnämnd 2
Beslutsdatum: 2012-04-04
Allmänna uppgifter
Huvudområde: Teknik.
Obligatorisk för: B2
Undervisningsspråk: Kursen ges på svenska
Syfte
Att ge studenterna en insikt i klassisk och modern statistisk
termodynamik. Att förmedla en förståelse för de termodynamiska
begreppen och teorierna utifrån molekylära egenskaper och att
öva upp förmågan att lösa problem utifrån denna insikt.
Mål
Kunskap och förståelse
För godkänd kurs skall studenten
- Kunna beskriva och förklara centrala begrepp så som entropi,
temperatur, värme och energi utifrån molekylära egenskaper.
- Kunna formulera och förklara termodynamikens första och andra
huvudsatser och kunna utföra beräkningar av energi och entropi
vid tillståndsförändringar.
- Kunna förklara den statistiska bakgrunden till Boltzmanns
fördelningslag.
- Kunna definiera och förklara begreppen fri energi och kemisk
potential och med hjälp av dessa kunna bestämma
jämviktstillstånd.
- Behärska termodynamiken för blandningar och kunna göra
förutsägelser om kolligativa egenskaper, så som osmotiskt tryck,
kokpunktshöjning och smältpunktssänkning utifrån kunskap om
systemets sammansättning.
- Kunna formulera och förklara den termodynamiska grunden för
jämviktsekvationer i kemiska system.
Färdighet och förmåga
För godkänd kurs skall studenten
- Behärska beräkningar av tryck, volym och temperatur i ideala
gaser.
- Visa förmåga att både praktiskt och teoretiskt kunna
beräkna egenskaper hos fasjämvikter i enkomponentsystem, så som
tryck- och temperaturberoende av ångtryck och kokpunkt.
- Visa förmåga att både praktiskt och teoretiskt kunna utföra
beräkningar av samband mellan jämviktskonstant, koncentration,
tryck och temperatur i kemiska jämvikter.
- Kunna ställa upp och utföra fördelningsberäkningar med
hjälp av Boltzmanns fördelningslag.
- Från molekylära parametrar kunna beräkna makroskopiska
storheter, så som den inre energin och entropin för en ideal
diatomär gas.
- Med hjälp av Bragg-Williamsmodellen kunna modellera olika
kännetecknande parametrar för blandningar av två ämnen, så som
Henrys konstant, aktivitetskoefficienter,
fördelningskoefficienter, osmotiskt tryck och
kokpunktsändring.
- Med hjälp av miniräknare kunna utföra numeriska operationer
så som derivering, integrering, lösning av ekvationer med
implicita variabler samt minstakvadratanpassning av data till
polynom.
- Kunna skriva enkla men fullständiga
laborationsredogörelser.
- Ha förmåga att värdera giltigheten i de grundläggande
termodynamiska modeller som presenterats i kursen, så som ideala
gaser, ideala lösningar och Bragg-Williamsmodellen för
kondenserade ämnen.
Värderingsförmåga och förhållningssätt
För godkänd kurs skall studenten
- kunna diskutera vardagsfenomen, så som värmeflöden,
gasexpansion, underkylning och fasseparation mellan olja och
vatten, utifrån enkla men sunda statistisk-termodynamiska
resonemang.
- kunna värdera information i omvärlden (t.ex. från media)
utifrån termodynamiska resonemang.
Kursinnehåll
- Termodynamiska grundbegrepp som arbete och värme, entropi,
entalpi, fri energi och kemisk potential behandlas utifrån ett
både molekylärt statistiskt och termodynamiskt perspektiv. Ideala
gaser behandlas exakt utifrån den molekylära
tillståndssumman.
- Beräkningar på reversibla, irreversibla och adiabatiska
processer.
- Kvantitativ behandling av fasjämvikter i
enkomponentsystem.
- Kvantitativa beräkningar av samband mellan tryck, temperatur
och sammansättning i icke-ideala tvåkomponentsystem med en eller
flera faser. Detta innefattar bl.a. begrepp som partiell molär
storhet och aktivitet, beräkning av kolligativa egenskaper och
molekylär beskrivning av fördelningsjämvikter mellan olje- och
vattenfas.
- Termodynamisk och statistisk mekanisk behandling av kemisk
jämvikt.
- Kursen behandlar även grunden för stabilitet hos
biopolymerer, så som proteiner och DNA.
Kursens examination
Betygsskala: TH
Prestationsbedömning: Examination sker genom en skriftlig tentamen. För slutbetyg krävs också att kursens fyra obligatoriska laborationer är godkända.
Antagningsuppgifter
Förutsatta förkunskaper: FMA420 Linjär algebra, FMAA01 Endimensionell analys, KOO101 Grundläggande kemi.
Begränsat antal platser: Nej
Kursen överlappar följande kurser: KFK080, KFK090
Kurslitteratur
- Dill, K and Bromberg, S: Statistical thermodynamics in Chemistry, Physics, Biology and Nanoscience. 2nd edition. Garland Publishing Inc, 2010, ISBN: 9780815344308.
- Kompletterande kompendium, producerat vid avdelningen för Biofysikalisk kemi.
Kontaktinfo och övrigt
Kursansvarig: Kristofer Modig, kristofer.modig@bpc.lu.se
Hemsida: http://www.cmps.lu.se/bpc/teaching/