الديناميكا الحرارية
تمدد كظومي
تمدد دون تبادل حراري: يبرد الغاز.
تمدد كظومي — محاكاة الديناميكا الحرارية تفاعلية. تمدد دون تبادل حراري: يبرد الغاز. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
تمدد كظومي
تمدد دون تبادل حراري: يبرد الغاز.
في العملية الكظومة Q = 0، لذا يستنزف شغل التمدد الطاقة الداخلية من الغاز. تتباطأ الجزيئات وتهبط درجة الحرارة، ويكون المسار على مخطط P–V أشد انحدارًا من خط التساوي الحراري لأن لا حرارة تدخل لدعم الضغط.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
يتمدد غاز بسرعة، دون وقت لتبادل الحرارة مع محيطه (كظوميًا). هل تتغير درجة حرارته رغم أن لا حرارة تدخل أو تخرج؟
توقعات للموازنة
- يبرد الغاز — يبذل شغلًا على محيطه من طاقته الداخلية.
- تبقى درجة الحرارة كما هي، إذ لا تبادل حراري.
- يسخن الغاز أثناء تمدده.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الحجم النهائي V₂ (L)
ما تقيسه:
- شغل الغاز W_gas (J)
- درجة الحرارة النهائية T₂ (K)
كيف يجري التحقيق
- افتح مسبق التمدد الكظوم واضغط إعادة الضبط. يبدأ 1 مول من النيتروجين ثنائي الذرة (f = 5) عند 24.9 L و 300 K.
- فعّل قراءة درجة الحرارة النهائية على الغرفة.
- اضبط الحجم النهائي المستهدف لكل تجربة، وسجل درجة الحرارة النهائية والشغل المبذول.
المعادلة الحاكمة
عملية كظومية — ΔU = Q − W
مع عدم تبادل حرارة (Q = 0)، يختزل القانون الأول إلى ΔU = −W_gas: لا يستطيع الغاز المتمدد بذل شغل إلا بإنفاق طاقته الداخلية، فيبرد. ويتبع الضغط والحجم P·V^γ = constant.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) باستخدام γ = (f+2)/f = 1.4 و T₁ = 300 K و V₁ = 24.9 L. ثم احسب W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). قارن كليهما بالجدول.
- مع Q = 0 في كل محاولة، يعطي القانون الأول ΔU = −W_gas تمامًا. اشرح، بمصطلحات انحفاظ الطاقة، لماذا يجب أن يبرد الغاز المتمدد الذي يبذل شغلًا موجبًا حين لا يستطيع سحب حرارة.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- يشعر بخاخ الإيروسول بالبرودة مع اندفاع الغاز وخروجه وتمدده سريعًا — أسرع من تبادل حرارة تُذكر مع المحيط. اشرح لماذا هو مثال واقعي (غير تام) على التبريد الكظومي.
- قارن درجات حرارتك النهائية هنا بما تعطيه عكس تجربة الانضغاط متساوي الحرارة (تمدد متساوي الحرارة) لتغير الحجم نفسه: متساوي الحرارة يثبت T، لكن هذه الحالة الكظومية لا تثبتها. لماذا يغير رفعُ فرضية التبادل الحراري النتيجةَ؟
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.4 Thermodynamics
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- أهلًا بك في التمدد الكظومي
- حدد الغرفة
- اضغط تشغيل
- تمدد بلا تدفق حرارة
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.