Termodinàmica
Expansió isoterm — canvi d'entropia
Expansió isoterm reversible: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Expansió isoterm — canvi d'entropia — simulació interactiva de Termodinàmica. Expansió isoterm reversible: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Canvi d'entropia
Expansió isoterm reversible: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
El canvi d'entropia mesura com s'escampa l'energia. En una expansió isoterm reversible el gas absorbeix calor Q mentre la temperatura queda fixa, i l'entropia puja perquè la mateixa energia ocupa un volum més gran amb més microestats.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 isotermicament i reversiblement fins a un volum més gran. La seva entropia augmenta, disminueix o es queda igual?
Prediccions a valorar
- L'entropia disminueix a mesura que el gas s'escampa.
- L'entropia es queda constant perquè el procés és reversible.
- L'entropia augmenta: el gas té més arrangements microscòpics possibles en volum més gran.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Volum final V₂ (L)
El que tu mesures:
- Calor intercanviada Q (J)
- Canvi d'entropia ΔS (J/K)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit «Canvi d'entropia en una expansió isoterm reversible» i prem Restableix. 1 mol d'argó comença a 20 L, 300 K.
- Activa les lectures de calor intercanviada i canvi d'entropia.
- Defineix el volum objectiu (final) per a cada prova i enregistra la calor intercanviada i el canvi d'entropia.
Equació governant
Canvi d'entropia en un procés isoterm reversible — ΔS = Q/T
Per a una expansió isoterm reversible, el canvi d'entropia iguala la calor intercanviada dividida per la temperatura constant, cosa que dóna ΔS = nR·ln(V₂/V₁) per a un gas ideal: l'entropia creix amb el logaritme de la relació de volums.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Per a una prova, calcula Q = nRT·ln(V₂/V₁) amb n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, i després ΔS = Q/T (equivalentment ΔS = nR·ln(V₂/V₁) directament). Compara totes dues amb la taula.
- Explica per què ΔS és positiu a cada prova d'aquí, i per què una expansió més gran (V₂ més gran) produeix un augment d'entropia més gran.
On apareix això més enllà del laboratori
- Aquest experiment assumeix una expansió reversible (infinitament lenta). Una expansió lliure (sense control) cap al buit fins al mateix volum final produiria exactament el mateix ΔS per al gas, tot i que no s'intercanvia cap calor (Q = 0) ni es fa treball. Explica per què l'entropia és una funció d'estat que no es cura de com hi ha arribat el gas de V₁ a V₂.
- La segona llei diu que l'entropia total (gas més entorn) mai no pot disminuir en un procés real. Per a aquesta expansió isoterm reversible, l'entorn (el dipòsit que subministra Q) perd exactament tanta entropia com en guanya el gas. Explica per què això fa el canvi d'entropia total zero: la signatura d'un procés reversible.
- 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 Entropia isoterm
- Selecciona la cambra
- Prem Reprodueix
- Entropia pel canvi de volum
- 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 →