Expansió adiabàtica: refredar-se sense perdre calor

1 · Prediu

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?

• 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.

2 · Configura

1. Obre el predefinit «Expansió adiabàtica» i prem Restableix. 1 mol de nitrogen diatòmic (f = 5) comença a 24.9 L, 300 K.
2. Activa la lectura de temperatura final a la cambra.
3. Defineix el volum objectiu (final) per a cada prova i enregistra la temperatura final i el treball fet.

3 · Recull dades

Representa la temperatura final T₂ (eix y) contra el volum final V₂ (eix x) per a les tres proves. La línia es corba cap avall?

4 · Analitza

1. 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.
2. 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.

5 · Amplia

1. 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.
2. 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?

La física al darrere d'aquest experiment

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles