Změna entropie ve vratné izotermické expanzi

1 · Predikuj

Plyn se roztahuje izotermicky a vratně do většího objemu. Roste jeho entropie, klesá, nebo zůstává stejná?

• Entropie klesá, jak se plyn rozprostírá.
• Entropie zůstává konstantní, protože děj je vratný.
• Entropie roste — plyn má při větším objemu víc možných mikroskopických uspořádání.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu entropy-isothermal a stiskni Resetovat. 1 mol argonu začíná na 20 L, 300 K.
2. Zapni odečty vyměněného tepla a změny entropie.
3. Nastav cílový (konečný) objem pro každý pokus a zapiš vyměněné teplo a změnu entropie.

3 · Sbírej data

Vynes změnu entropie ΔS (osa y) proti ln(V₂/V₁) (osa x) pro své tři pokusy s V₁ = 0.02 m³.

4 · Analyzuj

1. 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.
2. Vysvětli, proč ΔS je kladné v každém pokusu tady a proč větší expanze (větší V₂) dává větší přírůstek entropie.

5 · Rozšiř

1. 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.
2. 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.

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky