Entropiændring i en reversibel isoterm ekspansion

1 · Forudsig

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

• 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.

2 · Opsætning

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.

3 · Saml data

Afbild entropiændring ΔS (y-aksen) mod ln(V₂/V₁) (x-aksen) for dine tre forsøg, med V₁ = 0.02 m³.

4 · Analysér

1. 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.
2. Forklar, hvorfor ΔS er positiv i hvert forsøg her, og hvorfor en større ekspansion (større V₂) giver en større entropistigning.

5 · Udvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark