تمدد كظومي: تبريد دون فقد حرارة

1 · توقّع

يتمدد غاز بسرعة، دون وقت لتبادل الحرارة مع محيطه (كظوميًا). هل تتغير درجة حرارته رغم أن لا حرارة تدخل أو تخرج؟

• يبرد الغاز — يبذل شغلًا على محيطه من طاقته الداخلية.
• تبقى درجة الحرارة كما هي، إذ لا تبادل حراري.
• يسخن الغاز أثناء تمدده.

2 · التجهيز

1. افتح مسبق التمدد الكظوم واضغط إعادة الضبط. يبدأ 1 مول من النيتروجين ثنائي الذرة (f = 5) عند 24.9 L و 300 K.
2. فعّل قراءة درجة الحرارة النهائية على الغرفة.
3. اضبط الحجم النهائي المستهدف لكل تجربة، وسجل درجة الحرارة النهائية والشغل المبذول.

3 · اجمع البيانات

ارسم درجة الحرارة النهائية T₂ (المحور y) مقابل الحجم النهائي V₂ (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل ينحني الخط نازلًا؟

4 · حلّل

1. 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.
2. 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.

5 · وسّع

1. 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.
2. 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؟

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة