Kursplan för
Molekylära drivkrafter 1: Termodynamik
Molecular Driving Forces 1: Thermodynamics
KFKA05, 7,5 högskolepoäng, G1 (Grundnivå)
Gäller för: Läsåret 2016/17
Beslutad av: Utbildningsnämnd C
Beslutsdatum: 2016-04-12
Allmänna uppgifter
Huvudområde: Teknik.
Obligatorisk för: B2, K2
Valfri för: Pi4
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 termodynamiska storheter
så som entropi, temperatur, värme och energi utifrån molekylära
egenskaper.
- Kunna formulera och förklara termodynamikens första och andra
huvudsatser.
- Kunna förklara den statistiska bakgrunden till Boltzmanns
fördelningslag.
- Kunna definiera och förklara begreppen fri energi och kemisk
potential och deras relation till jämvikt.
- Behärska termodynamiken för blandningar och kunna göra
förutsägelser om kolligativa egenskaper utifrån kunskap om
systemets sammansättning.
Färdighet och förmåga
För godkänd kurs skall studenten
- Behärska beräkningar av tryck, volym och temperatur i ideala
gaser.
- Kunna beräkna egenskaper för fasjämvikter, så som tryck-,
temperatur- och koncentrationsberoende av ångtryck och
kokpunkt.
- Kunna utföra beräkningar av samband mellan jämviktskonstant,
koncentration, tryck och temperatur i kemiska jämvikter.
- Kunna 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 miniräknare och dator 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
innehållande numerisk databehandling inklusive
konfidensuppskattningar och felfortplantning.
Värderingsförmåga och förhållningssätt
För godkänd kurs skall studenten
- Kunna diskutera vardagsfenomen, så som värmeflöden,
gasexpansion och underkylning, utifrån enkla men
sunda statistisk-termodynamiska resonemang.
- Kunna värdera giltigheten i de grundläggande termodynamiska
modeller som presenterats i kursen, så som ideala gaser och ideala
lösningar.
- 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.
Boltzmanns fördelningslag härleds och tillämpas på en mängd
olika typer av problemställningar.
- Grundläggande kvantmekanik, innefattande dess postulat samt
energinivåer för translation, rotation, vibration och elektroner,
med syfte att ge bakgrund till den statistiska termodynamiken och
spektroskopin.
- 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 och beräkningar av kolligativa egenskaper
(kokpunktshöjning, fyspunktssänkning och osmotiskt tryck).
- Termodynamisk och statistisk mekanisk behandling av kemisk
jämvikt.
- Kursen behandlar även grunden för stabilitet hos
(bio)polymerer.
- Tre laborationer som behandlar kemisk jämvikt, ångbildning
och termodynamik i vardagen. Minst en fullständlig
laborationsrapport inklusive statistisk analys och
felfortplantning med hjälp av Monte Carlometoden.
- En datorlaboration behandlar Boltzmanns fördelningslag.
Kursens examination
Betygsskala: TH
Prestationsbedömning: Examination sker genom en skriftlig tentamen. För slutbetyg krävs också att kursens fyra obligatoriska laborationer är godkända.
Delmoment
Kod: 0115. Benämning: Tentamen.
Antal högskolepoäng: 6,5. Betygsskala: TH. Prestationsbedömning: Skriftlig tentamen.
Kod: 0215. Benämning: Laborationer.
Antal högskolepoäng: 1. Betygsskala: UG. Prestationsbedömning: Godkänd rapportering ger betyget G. Delmomentet omfattar: Laborationskursen innehåller tre "våta" laborationer och en datorlaboration.
Antagningsuppgifter
Förutsatta förkunskaper: FMAA05 Endimensionell analys, FMAA20 Linjär algebra med datorhjälpmedel, KOOA15 Allmän kemi.
Begränsat antal platser: Nej
Kursen överlappar följande kurser: KFK080, KFK090
Kurslitteratur
- Dill, K and Bromberg, S: Molecular Driving Forces, 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/education/