Adiabatisk ekspansion: Køling uden at afgive varme

1 · Forudsig

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?

• 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.

2 · Opsætning

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.

3 · Saml data

Afbild sluttemperatur T₂ (y-aksen) mod slutvolumen V₂ (x-aksen) for dine tre forsøg. Bukker linjen nedad?

4 · Analysér

1. 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.
2. 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.

5 · Udvid

1. 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.
2. 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?

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark