Termodynamik

adiabatisk ekspansion

Udvid uden varmeudveksling: gassen køles ned.

adiabatisk ekspansion — interaktiv Termodynamik-simulation. Udvid uden varmeudveksling: gassen køles ned. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.

adiabatisk ekspansion

Udvid uden varmeudveksling: gassen køles af.

I en adiabatisk proces er Q = 0, så udvidelsesarbejdet dræner indre energi fra gassen. Molekylerne sænker farten, temperaturen falder, og P–V-banen er stejlere end en isoterm, fordi der ikke træder varme ind for at opretholde trykket.

• Q = 0
• TV^(γ−1) = konstant

Undersøgelsesoplæg

Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet

Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.

Drivende spørgsmål

En gas udvider sig hurtigt uden tid til at udveksle varme med omgivelserne (adiabatisk). Ændrer gassens temperatur sig, selvom der hverken går varme ind eller ud?

Forudsigelser at afveje

• Gassen køles af — den udfører arbejde på omgivelserne ved at bruge sin egen indre energi.
• Temperaturen forbliver den samme, da der ikke udveksles varme.
• Gassen varmes op, efterhånden som den udvider sig.

Variablers roller

Det, du indstiller:

• Slutvolumen V₂ (L)

Det, du måler:

• Arbejde udført af gassen W_gas (J)
• Sluttemperatur T₂ (K)

Sådan forløber undersøgelsen

1. Åbn forudstillingen adiabatic-expansion, og tryk på Nulstil. 1 mol toatomar kvælstof (f = 5) starter ved 24.9 L, 300 K.
2. Slå sluttemperatursaflæsningen til på kammeret.
3. Indstil mål-(slut-)volumenet for hvert forsøg, og notér sluttemperaturen og det udførte arbejde.

Styrende ligning

Adiabatisk proces — ΔU = Q − W

Uden varmeudveksling (Q = 0) reduceres første hovedsætning til ΔU = −W_gas: en gas under ekspansion kan kun udføre arbejde ved at bruge sin egen indre energi og må derfor køles af. Tryk og volumen følger P·V^γ = konstant.

Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud

• Beregn for ét forsøg T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) med γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Beregn derefter W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Sammenlign begge med tabellen.
• Med Q = 0 i hvert forsøg giver første hovedsætning præcis ΔU = −W_gas. Forklar ud fra energibevarelse, hvorfor en gas, der udvider sig og udfører positivt arbejde, må køles af, når den ikke kan trække varme ind.

Hvor det viser sig uden for laboratoriet

• En spraydåse føles kold, når gassen strømmer ud og udvider sig hurtigt — for hurtigt til at udveksle meget varme med omgivelserne. Forklar, hvorfor dette er et virkeligt (omend ufuldkomment) eksempel på adiabatisk køling.
• Sammenlign dine sluttemperaturer her med, hvad det omvendte af isothermal-compression (en isoterm ekspansion) ville give ved samme volumenændring: isoterm holder T konstant, men dette adiabatiske tilfælde gør ikke. Hvorfor ændrer det udfaldet at fjerne antagelsen om varmeudveksling?

• 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

1. Velkommen til Adiabatisk ekspansion
2. Vælg kammeret
3. Tryk på Afspil
4. Ekspansion uden varmestrøm
5. Åbn egenskabspanelet
6. Du klarede det!

Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.

Åbn interaktivt laboratorium →

Download labark →

Idealgasloven