Термодинамика
Адиабатно разширение
Разшири без топлообмен: газът се охлажда.
Адиабатно разширение — интерактивна симулация Термодинамика. Разшири без топлообмен: газът се охлажда. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Адиабатно разширение
Разшири без топлообмен: газът се охлажда.
При адиабатен процес Q = 0, така че работата по разширението източва вътрешна енергия от газа. Молекулите забавят, температурата пада, а пътят в P–V е по-стръмен от изотерма, защото никаква топлина не влиза, за да поддържа налягането.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
Газ се разширява бързо, без време да размени топлина с околната среда (адиабатно). Променя ли се температурата на газа, макар че никаква топлина не влиза или излиза?
Предсказвания за преценка
- Газът се охлажда — извършва работа върху околната среда, ползвайки собствената си вътрешна енергия.
- Температурата остава същата, понеже не се разменя топлина.
- Газът се нагрява, докато се разширява.
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Краен обем V₂ (L)
Какво измерваш:
- Работа, извършена от газа W_gas (J)
- Крайна температура T₂ (K)
Как протича изследването
- Отвори настройката адиабатно разширение и натисни Нулирай. 1 mol двуатомен азот (f = 5) започва на 24.9 L, 300 K.
- Включи показанието за крайна температура на камерата.
- Задай целевия (краен) обем за всеки опит и запиши крайната температура и извършената работа.
Управляващо уравнение
Адиабатен процес — ΔU = Q − W
Без разменирана топлина (Q = 0), първият закон се свежда до ΔU = −W_gas: разширяващ се газ може да извършва работа единствено, похарчейки собствената си вътрешна енергия, така че трябва да се охлади. Налягането и обемът следват P·V^γ = константа.
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- За един опит изчисли T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) с γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. После изчисли W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Сравни и двете с таблицата.
- С Q = 0 във всеки опит първият закон дава ΔU = −W_gas точно. Обясни, в смисъл на запазване на енергията, защо разширяващ се газ, който извършва положителна работа, трябва да се охлади, когато не може да поеме топлина.
Къде това се появява извън лабораторията
- Аерозолнен спрей усеща студен, докато газът изтича и се разширява бързо — твърде бързо, за да размени много топлина с околната среда. Обясни защо това е реален (ако и несъвършен) пример за адиабатно охлаждане.
- Сравни крайните си температури тук с това, което обратното на изотермична компресия (изотермично разширение) би дало при същата промяна на обема: изотермичното държи T постоянно, но този адиабатен случай — не. Защо премахването на предположението за топлообмен променя изхода?
- 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
- Добре дошъл при адиабатното разширение
- Избери камерата
- Натисни Пусни
- Разширение без топлинен поток
- Отвори панела Свойства
- Справи се!
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →