Thermodynamik
Isotherme Expansion — Entropieänderung
Reversible isotherme Expansion: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Isotherme Expansion — Entropieänderung — interaktive Thermodynamik-Simulation. Reversible isotherme Expansion: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Entropieänderung
Reversible isotherme Expansion: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Die Entropieänderung misst, wie verteilt Energie wird. Bei einer reversiblen isothermen Expansion nimmt das Gas Wärme Q auf, während seine Temperatur konstant bleibt, und die Entropie steigt, weil dieselbe Energie ein größeres Volumen mit mehr Mikrozuständen einnimmt.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Ein Gas dehnt sich isotherm und reversibel auf ein größeres Volumen aus. Nimmt seine Entropie zu, ab oder bleibt sie gleich?
Vorhersagen zum Abwägen
- Die Entropie nimmt mit der Ausbreitung des Gases ab.
- Die Entropie bleibt konstant, da der Prozess reversibel ist.
- Die Entropie nimmt zu – das Gas weist bei größerem Volumen mehr mögliche mikroskopische Anordnungen auf.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Endvolumen V₂ (L)
Was Sie messen:
- Wärmeaustausch Q (J)
- Entropieänderung ΔS (J/K)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie das Preset „Isotherme Entropie“ und drücken Sie Zurücksetzen. 1 mol Argon startet bei 20 L, 300 K.
- Aktivieren Sie die Anzeige von Wärmeaustausch und Entropieänderung.
- Legen Sie das Zielvolumen (Endvolumen) für jeden Versuch fest und zeichnen Sie die ausgetauschte Wärme und die Entropieänderung auf.
Maßgebende Gleichung
Entropieänderung in einem reversiblen isothermen Prozess — ΔS = Q/T
Bei einer reversiblen isothermen Expansion entspricht die Entropieänderung der ausgetauschten Wärme dividiert durch die konstante Temperatur, was für ein ideales Gas ΔS = nR·ln(V₂/V₁) ergibt – die Entropie wächst mit dem Logarithmus des Volumenverhältnisses.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch Q = nRT·ln(V₂/V₁) unter Verwendung von n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K und dann ΔS = Q/T (äquivalent ΔS = nR·ln(V₂/V₁) direkt). Vergleichen Sie beides mit der Tabelle.
- Erklären Sie hier, warum ΔS in jedem Versuch positiv ist und warum eine größere Expansion (größeres V₂) zu einem größeren Entropieanstieg führt.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Dieses Experiment geht von einer reversiblen (unendlich langsamen) Expansion aus. Eine freie (unkontrollierte) Expansion ins Vakuum auf das gleiche Endvolumen würde genau das gleiche ΔS für das Gas erzeugen, obwohl überhaupt keine Wärme ausgetauscht wird (Q = 0) und keine Arbeit geleistet wird. Erklären Sie, warum Entropie eine Zustandsfunktion ist, der es egal ist, wie das Gas von V₁ nach V₂ gelangt ist.
- Das zweite Gesetz besagt, dass die Gesamtentropie (Gas plus Umgebung) bei einem realen Prozess niemals abnehmen kann. Bei dieser reversiblen isothermen Expansion verliert die Umgebung (das Q liefernde Wärmereservoir) genau so viel Entropie wie das Gas gewinnt. Erklären Sie, warum dadurch die Gesamtentropieänderung Null wird – das Zeichen eines reversiblen Prozesses.
- 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
- Willkommen bei Entropie — isotherm
- Kammer auswählen
- Abspielen drücken
- Entropie durch Volumenänderung
- Inspektor öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.
Entropie & der zweite Hauptsatz