الديناميكا الحرارية
تمدد متساوي الحرارة — تغير الإنتروبيا
تمدد متساوي الحرارة عكوس: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
تمدد متساوي الحرارة — تغير الإنتروبيا — محاكاة الديناميكا الحرارية تفاعلية. تمدد متساوي الحرارة عكوس: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
تغير الإنتروبيا
تمدد متساوي الحرارة عكوس: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
يقيس تغير الإنتروبيا مدى انتشار الطاقة. في تمدد متساوٍ الحرارة عكوس يمتص الغاز حرارة Q بينما تثبت درجة حرارته، وترتفع الإنتروبيا لأن الطاقة نفسها تحتل حجمًا أكبر بحالات مجهرية أكثر.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 متساوي الحرارة وعكوسًا إلى حجم أكبر. هل تزداد إنتروبياه أم تنقص أم تبقى؟
توقعات للموازنة
- تنقص الإنتروبيا مع انتشار الغاز.
- تبقى الإنتروبيا ثابتة لأن العملية عكوسة.
- تزداد الإنتروبيا — للغاز ترتيبات مجهرية ممكنة أكثر عند حجم أكبر.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الحجم النهائي V₂ (L)
ما تقيسه:
- الحرارة المتبادلة Q (J)
- تغير الإنتروبيا ΔS (J/K)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة إنتروبيا التمدد واضغط إعادة. 1 mol أرغون يبدأ عند 20 L و300 K.
- فعّل قراءتي الحرارة المتبادلة وتغير الإنتروبيا.
- اضبط الحجم النهائي المستهدف لكل تجربة، وسجل الحرارة المتبادلة وتغير الإنتروبيا.
المعادلة الحاكمة
تغير الإنتروبيا في عملية متساوية الحرارة عكوسة — ΔS = Q/T
للتمدد متساوي الحرارة العكوس، تساوي إنتروبيا التغير الحرارة المتبادلة مقسومة على درجة الحرارة الثابتة، وهو ما ينتج ΔS = nR·ln(V₂/V₁) للغاز المثالي — تنمو الإنتروبيا مع لوغاريتم نسبة الحجم.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب Q = nRT·ln(V₂/V₁) باستخدام n = 1 mol و R = 8.314 J/(mol·K) و T = 300 K، ثم ΔS = Q/T (أي ما يعادل ΔS = nR·ln(V₂/V₁) مباشرة). قارن كليهما بالجدول.
- اشرح لماذا ΔS موجب في كل تجربة هنا، ولماذا يعطي تمدد أكبر (V₂ أكبر) زيادة إنتروبيا أكبر.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- تفترض هذه التجربة تمددًا عكوسًا (بطيئًا بلا نهاية). تمدد حر (غير مضبوط) في الفراغ إلى الحجم النهائي نفسه سينتج نفس ΔS للغاز تمامًا، رغم عدم تبادل أي حرارة (Q = 0) وعدم بذل شغل. اشرح لماذا الإنتروبيا دالة حالة لا تهتم كيف انتقل الغاز من V₁ إلى V₂.
- يقول القانون الثاني إن إجمالي الإنتروبيا (الغاز والمحيط) لا ينقص أبدًا لعملية حقيقية. في هذا التمدد المتساوي الحرارة العكوس، يفقد المحيط (المستودع المزود بالحرارة Q) من الإنتروبيا بقدر ما يكتسب الغاز. اشرح لماذا يجعل ذلك التغير الكلي صفرًا — بصمة العملية العكوسة.
- 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 إنتروبيا متساوية الحرارة
- حدد الغرفة
- اضغط تشغيل
- إنتروبيا من تغير الحجم
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.