Adiabatická expanze: ochlazení bez ztráty tepla

1 · Predikuj

Plyn se roztahuje rychle, bez času na výměnu tepla s okolím (adiabaticky). Změní se teplota plynu, i když žádné teplo nevchází ani neodchází?

• Plyn se ochladí — koná práci na okolí z vlastní vnitřní energie.
• Teplota zůstane stejná, protože se nevyměňuje teplo.
• Plyn se při expanzi zahřeje.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu adiabatic-expansion a stiskni Resetovat. 1 mol dvouatomového dusíku (f = 5) začíná na 24.9 L, 300 K.
2. Zapni odečet konečné teploty na komoře.
3. Nastav cílový (konečný) objem pro každý pokus a zapiš konečnou teplotu a vykonanou práci.

3 · Sbírej data

Vynes konečnou teplotu T₂ (osa y) proti konečnému objemu V₂ (osa x) pro své tři pokusy. Ohýbá se čára dolů?

4 · Analyzuj

1. Pro jeden pokus spočti T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) s γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Pak spočti W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Porovnej obě s tabulkou.
2. S Q = 0 v každém pokusu dává první zákon přesně ΔU = −W_gas. Vysvětli ve smyslu zachování energie, proč expandující plyn konající kladnou práci musí vychladnout, když nemůže čerpat teplo.

5 · Rozšiř

1. Aerosolový sprej je na dotek studený, když plyn vybíhá a rychle se roztahuje — příliš rychle na výměnu významného tepla s okolím. Vysvětli, proč je to reálný (i když nedokonalý) příklad adiabatického ochlazování.
2. Porovnj své konečné teploty tady s tím, co by dal reverz isothermal-compression (izotermická expanze) pro tutéž změnu objemu: izotermický drží T konstantní, ale tento adiabatický případ ne. Proč změna předpokladu výměny tepla mění výsledek?

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky