Θερμοδυναμική

Αδιαβατική διαστολή

Διαστολή χωρίς ανταλλαγή θερμότητας: το αέριο ψύχεται.

Αδιαβατική διαστολή — διαδραστική προσομοίωση Θερμοδυναμική. Διαστολή χωρίς ανταλλαγή θερμότητας: το αέριο ψύχεται. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Αδιαβατική διαστολή

Διάστελλε χωρίς ανταλλαγή θερμότητας: το αέριο ψύχεται.

Σε αδιαβατική διεργασία Q = 0, ώστε το έργο διαστολής αντλεί εσωτερική ενέργεια από το αέριο. Τα μόρια επιβραδύνονται, η θερμοκρασία πέφτει, και η διαδρομή P–V είναι πιο απότομη από ισόθερμη επειδή δεν μπαίνει θερμότητα για να στηρίξει την πίεση.

• Q = 0
• TV^(γ−1) = const

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Ένα αέριο διαστέλλεται γρήγορα, χωρίς χρόνο για ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον του (αδιαβατικά). Αλλάζει η θερμοκρασία του αερίου παρότι δεν εισέρχεται ούτε εξέρχεται θερμότητα;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Το αέριο ψύχεται — παράγει έργο στο περιβάλλον του χρησιμοποιώντας τη δική του εσωτερική ενέργεια.
• Η θερμοκρασία μένει ίδια, αφού δεν ανταλλάσσεται θερμότητα.
• Το αέριο θερμαίνεται καθώς διαστέλλεται.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Τελικός όγκος V₂ (L)

Τι μετράς:

• Έργο που παράγει το αέριο W_gas (J)
• Τελική θερμοκρασία T₂ (K)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή adiabatic-expansion και πάτησε Επαναφορά. 1 mol διατομικού αζώτου (f = 5) ξεκινά στα 24.9 L, 300 K.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη τελικής θερμοκρασίας στον θάλαμο.
3. Ρύθμισε τον στόχο (τελικό) όγκο για κάθε δοκιμή, και κατέγραψε την τελική θερμοκρασία και το έργο που παραχθηκε.

Κυρίαρχη εξίσωση

Αδιαβατική διεργασία — ΔU = Q − W

Με καμία ανταλλαγή θερμότητας (Q = 0), ο πρώτος νόμος απλοποιείται σε ΔU = −W_gas· διαστελλόμενο αέριο μπορεί να παράγει έργο μόνο ξοδεύοντας τη δική του εσωτερική ενέργεια, ώστε πρέπει να ψύχεται. Πίεση και όγκος ακολουθούν P·V^γ = σταθερά.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) χρησιμοποιώντας γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Μετά υπολόγισε W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Σύγκρινε και τα δύο με τον πίνακα.
• Με Q = 0 σε κάθε δοκιμή, ο πρώτος νόμος δίνει ΔU = −W_gas ακριβώς. Εξήγησε, με όρους διατήρησης ενέργειας, γιατί διαστελλόμενο αέριο που παράγει θετικό έργο πρέπει να ψύχεται όταν δεν μπορεί να αντλήσει θερμότητα.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Ένα δοχείο αεροζόλ νιώθεται κρύο καθώς το αέριο ξεχύνεται έξω και διαστέλλεται ταχέως — πολύ γρήγορα για να ανταλλάξει πολλή θερμότητα με το περιβάλλον. Εξήγησε γιατί αυτό είναι πραγματικό (αν και ατελές) παράδειγμα αδιαβατικής ψύξης.
• Σύγκρινε τις τελικές θερμοκρασίες σου εδώ με ό,τι θα έδινε το αντίστροφο της ισόθερμης συμπίεσης (μια ισόθερμη διαστολή) για την ίδια μεταβολή όγκου: η ισόθερμη κρατά το T σταθερό, αλλά αυτή η αδιαβατική περίπτωση όχι. Γιατί η αφαίρεση της υπόθεσης ανταλλαγής θερμότητας αλλάζει το αποτέλεσμα;

• 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. Καλώς όρισες στην Αδιαβατική διαστολή
2. Επίλεξε τον θάλαμο
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Διαστολή χωρίς ροή θερμότητας
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Ο νόμος ιδανικού αερίου