Canvi d'entropia en una expansió isoterm reversible
1 · Prediu
Un gas s'expandeix isotermicament i reversiblement fins a un volum més gran. La seva entropia augmenta, disminueix o es queda igual?
- 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.
2 · Configura
- 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.
3 · Recull dades
| Volum final V₂ (L) | Calor intercanviada Q (J) | Canvi d'entropia ΔS (J/K) |
|---|---|---|
| 30.00 | ||
| 40.00 | ||
| 60.00 |
Representa el canvi d'entropia ΔS (eix y) contra ln(V₂/V₁) (eix x) per a les tres proves, amb V₁ = 0.02 m³.
4 · Analitza
- 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.
5 · Amplia
- 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.
La física al darrere d'aquest experiment
Canvi d'entropia en un procés isoterm reversible
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.
Termodinàmica
- La llei del gas ideal: pressió, volum i temperatura
- Teoria cinètica: temperatura i velocitat molecular
- Compressió isoterm: treball fet en temperatura constant
- Escalfament isobar: expansió a pressió constant
- Escalfament isocor: pujada de pressió en volum constant
- Expansió adiabàtica: refredar-se sense perdre calor
- Calorimetria: barrejar calent i fred
- Conducció tèrmica: flux de calor per una barra
- El cicle de Carnot: rendiment màxim possible d'un motor
- El cicle d'Otto: model idealitzat d'un motor de gasolina
- El cicle de Carnot invertit: una nevera
- El cicle de Stirling: trams isoterms amb regeneració
138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles