Termodynamik

Isoterm ekspansion — entropiændring

Reversibel isoterm ekspansion: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.

Isoterm ekspansion — entropiændring — interaktiv Termodynamik-simulation. Reversibel isoterm ekspansion: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.

Entropiændring

Reversibel isoterm ekspansion: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.

Entropiændringen måler, hvor udbredt energien bliver. I en reversibel isoterm ekspansion optager gassen varmen Q, mens dens temperatur forbliver fast, og entropien stiger, fordi den samme energi fylder et større volumen med flere mikrotilstande.

• ΔS = nR ln(V₂/V₁)
• ΔS = Q_rev/T

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 isotermisk og reversibelt til et større volumen. Stiger dens entropi, falder den, eller forbliver den uændret?

Forudsigelser at afveje

• Entropien falder, efterhånden som gassen breder sig.
• Entropien er konstant, da processen er reversibel.
• Entropien stiger — gassen har flere mulige mikroskopiske arrangementer ved større volumen.

Variablers roller

Det, du indstiller:

• Slutvolumen V₂ (L)

Det, du måler:

• Udvekslet varme Q (J)
• Entropiændring ΔS (J/K)

Sådan forløber undersøgelsen

1. Åbn forudstillingen entropy-isothermal, og tryk på Nulstil. 1 mol argon starter ved 20 L, 300 K.
2. Slå aflæsningerne af udvekslet varme og entropiændring til.
3. Indstil mål-(slut-)volumenet for hvert forsøg, og notér den udvekslede varme og entropiændringen.

Styrende ligning

Entropiændring i en reversibel isoterm proces — ΔS = Q/T

For en reversibel isoterm ekspansion er entropiændringen lig med udvekslet varme divideret med den konstante temperatur, hvilket giver ΔS = nR·ln(V₂/V₁) for en idealgas — entropien vokser med logaritmen af volumenforholdet.

Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud

• Beregn for ét forsøg Q = nRT·ln(V₂/V₁) med n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, og derefter ΔS = Q/T (ækvivalent direkte ΔS = nR·ln(V₂/V₁)). Sammenlign begge med tabellen.
• Forklar, hvorfor ΔS er positiv i hvert forsøg her, og hvorfor en større ekspansion (større V₂) giver en større entropistigning.

Hvor det viser sig uden for laboratoriet

• Dette eksperiment forudsætter en reversibel (uendeligt langsom) ekspansion. En fri (ukontrolleret) ekspansion ind i vakuum til samme slutvolumen ville give præcis det samme ΔS for gassen, selvom der slet ikke udveksles varme (Q = 0) og der ikke udføres arbejde. Forklar, hvorfor entropi er en tilstandsfunktion, der ikke bekymrer sig om, hvordan gassen kom fra V₁ til V₂.
• Den anden hovedsætning siger, at den samlede entropi (gas plus omgivelser) aldrig kan falde for en virkelig proces. For denne reversible isotermiske ekspansion mister omgivelserne (varmereservoiret, der leverer Q) præcis lige så meget entropi, som gassen vinder. Forklar, hvorfor det giver en samlet entropiændring på nul — kendetegnet på en reversibel proces.

• 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 Isoterm entropi
2. Vælg kammeret
3. Tryk på Afspil
4. Entropi fra volumenændring
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 →

Entropi og den anden hovedsætning