Termodynamika
Izotermická expanze — změna entropie
Vratné izotermické rozpínání: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Izotermická expanze — změna entropie — interaktivní simulace Termodynamika. Vratné izotermické rozpínání: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Změna entropie
Vratné izotermické rozpínání: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Změna entropie měří, jak rozprostřená se energie stává. Při vratném izotermickém rozpínání plyn pohlcuje teplo Q, zatímco jeho teplota zůstává pevná, a entropie roste, protože tatáž energie zabírá větší objem s více mikrostavy.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Plyn se roztahuje izotermicky a vratně do většího objemu. Roste jeho entropie, klesá, nebo zůstává stejná?
Predikce k zvážení
- Entropie klesá, jak se plyn rozprostírá.
- Entropie zůstává konstantní, protože děj je vratný.
- Entropie roste — plyn má při větším objemu víc možných mikroskopických uspořádání.
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Konečný objem V₂ (L)
Co měříš:
- Vyměněné teplo Q (J)
- Změna entropie ΔS (J/K)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu entropy-isothermal a stiskni Resetovat. 1 mol argonu začíná na 20 L, 300 K.
- Zapni odečty vyměněného tepla a změny entropie.
- Nastav cílový (konečný) objem pro každý pokus a zapiš vyměněné teplo a změnu entropie.
Řídící rovnice
Změna entropie ve vratném izotermickém ději — ΔS = Q/T
Pro vratnou izotermickou expanzi se změna entropie rovná vyměněnému teplu dělenému konstantní teplotou, což pro ideální plyn vyjde ΔS = nR·ln(V₂/V₁) — entropie roste s logaritmem objemového poměru.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus spočti Q = nRT·ln(V₂/V₁) s n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, pak ΔS = Q/T (ekvivalentně ΔS = nR·ln(V₂/V₁) přímo). Porovnej obě s tabulkou.
- Vysvětli, proč ΔS je kladné v každém pokusu tady a proč větší expanze (větší V₂) dává větší přírůstek entropie.
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Tento experiment předpokládá vratnou (nekonečně pomalou) expanzi. Volná (nekontrolovaná) expanze do vakua na stejný konečný objem by dala přesně stejné ΔS plynu, i když se nevymění žádné teplo (Q = 0) a nekoná se práce. Vysvětli, proč entropie je stavová funkce, které nezáleží na tom, jak se plyn dostal z V₁ do V₂.
- Druhý zákon říká, že celková entropie (plyn plus okolí) nemůže nikdy klesnout pro skutečný děj. Pro tuto vratnou izotermickou expanzi ztrácí okolí (tepelný zásobník dodávající Q) přesně tolik entropie, kolik plyn získá. Vysvětli, proč to dělá celkovou změnu entropie nulovou — signature vratného děje.
- 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
- Vítej v Entropii izotermické
- Vyber komoru
- Stiskni Spustit
- Entropie ze změny objemu
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →