Termodinàmica
Expansió adiabàtica
Expandeix sense intercanvi de calor: el gas es refreda.
Expansió adiabàtica — simulació interactiva de Termodinàmica. Expandeix sense intercanvi de calor: el gas es refreda. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Expansió adiabàtica
Expandeix sense intercanvi de calor: el gas es refreda.
En un procés adiabàtic Q = 0, de manera que el treball d'expansió drena energia interna del gas. Les molècules alenteixen, la temperatura baixa i el camí P–V és més pendent que una isoterma perquè no entra calor per sostenir la pressió.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
Resum de la investigació
Planifica la pregunta abans d'obrir el laboratori
El resum reflecteix la pàgina prerenderitzada: la pregunta conductora, les prediccions rivals, els rols de les variables, les lleis que governen, la configuració, l'anàlisi i les preguntes d'extensió es mantenen visibles i en aquest ordre.
Pregunta conductora
Un gas s'expandeix de pressa, sense temps d'intercanviar calor amb l'entorn (adiabàtic). Canvia la temperatura del gas tot i que no entra ni surt calor?
Prediccions a valorar
- El gas es refreda: fa treball sobre l'entorn fent servir la seva pròpia energia interna.
- La temperatura es queda igual, ja que no s'intercanvia calor.
- El gas s'escalfa mentre s'expandeix.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Volum final V₂ (L)
El que tu mesures:
- Treball fet pel gas W_gas (J)
- Temperatura final T₂ (K)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit «Expansió adiabàtica» i prem Restableix. 1 mol de nitrogen diatòmic (f = 5) comença a 24.9 L, 300 K.
- Activa la lectura de temperatura final a la cambra.
- Defineix el volum objectiu (final) per a cada prova i enregistra la temperatura final i el treball fet.
Equació governant
Procés adiabàtic — ΔU = Q − W
Sense calor intercanviada (Q = 0), la primera llei es redueix a ΔU = −W_gas: un gas que s'expandeix només pot fer treball gastant la seva pròpia energia interna, i per tant s'ha de refredar. Pressió i volum segueixen P·V^γ = constant.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Per a una prova, calcula T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) amb γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Després calcula W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Compara totes dues amb la taula.
- Amb Q = 0 a cada prova, la primera llei dóna ΔU = −W_gas exactament. Explica, en termes de conservació de l'energia, per què un gas que s'expandeix i fa treball positiu s'ha de refredar quan no pot absorbir calor.
On apareix això més enllà del laboratori
- Un esprai aerosol fa fred quan el gas surt de pressa i s'expandeix ràpidament: massa ràpid per intercanviar gaire calor amb l'entorn. Explica per què això és un exemple real (tot i que imperfecte) de refredament adiabàtic.
- Compara les teves temperatures finals aquí amb el que donaria el revers de la compressió isoterm (una expansió isoterm) per al mateix canvi de volum: la isoterm manté T constant, però aquest cas adiabàtic no. Per què canviar el resultat treure la suposició d'intercanvi de calor?
- 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
- Benvingut a Expansió adiabàtica
- Selecciona la cambra
- Prem Reprodueix
- Expansió sense flux de calor
- Obre el panell de Propietats
- Ho has aconseguit!
Obre la simulació interactiva per construir l'escena, prem Reprodueix i explora amb mesures en directe i un tutorial guiat.
Obre el laboratori interactiu →
Descarrega el full de treball →