Θερμοδυναμική
Ισόθερμη διαστολή — μεταβολή εντροπίας
Αντιστρεπτή ισοθερμική διαστολή: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Ισόθερμη διαστολή — μεταβολή εντροπίας — διαδραστική προσομοίωση Θερμοδυναμική. Αντιστρεπτή ισοθερμική διαστολή: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.
Μεταβολή εντροπίας
Αντιστρέψιμη ισόθερμη διαστολή: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Η μεταβολή εντροπίας μετρά πόσο διαχέεται η ενέργεια. Σε αντιστρέψιμη ισόθερμη διαστολή το αέριο απορροφά θερμότητα Q ενώ η θερμοκρασία του μένει σταθερή, και η εντροπία ανεβαίνει επειδή η ίδια ενέργεια καταλαμβάνει μεγαλύτερο όγκο με περισσότερες μικροκαταστάσεις.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 ισόθερμα και αντιστρέψιμα σε μεγαλύτερο όγκο. Η εντροπία του μεγαλώνει, μειώνεται ή μένει ίδια;
Προβλέψεις προς σταθμίσει
- Η εντροπία μειώνεται καθώς το αέριο απλώνεται.
- Η εντροπία μένει σταθερή αφού η διεργασία είναι αντιστρέψιμη.
- Η εντροπία μεγαλώνει — το αέριο έχει περισσότερες πιθανές μικροσκοπικές διατάξεις σε μεγαλύτερο όγκο.
Ρόλοι μεταβλητών
Τι ρυθμίζεις:
- Τελικός όγκος V₂ (L)
Τι μετράς:
- Ανταλλαγμένη θερμότητα Q (J)
- Μεταβολή εντροπίας ΔS (J/K)
Πώς εκτελείται η έρευνα
- Άνοιξε την προεπιλογή entropy-isothermal και πάτησε Επαναφορά. 1 mol αργού ξεκινά στα 20 L, 300 K.
- Ενεργοποίησε τις ενδείξεις ανταλλαγής θερμότητας και μεταβολής εντροπίας.
- Ρύθμισε τον στόχο (τελικό) όγκο για κάθε δοκιμή, και κατέγραψε την ανταλλαγή θερμότητας και τη μεταβολή εντροπίας.
Κυρίαρχη εξίσωση
Μεταβολή εντροπίας σε αντιστρέψιμη ισόθερμη διεργασία — ΔS = Q/T
Για αντιστρέψιμη ισόθερμη διαστολή, η μεταβολή εντροπίας ισούται με την ανταλλαγμένη θερμότητα διαιρεμένη με τη σταθερή θερμοκρασία, που βγαίνει ΔS = nR·ln(V₂/V₁) για ιδανικό αέριο — η εντροπία μεγαλώνει με τον λογάριθμο του λόγου όγκων.
Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας
- Για μία δοκιμή, υπολόγισε Q = nRT·ln(V₂/V₁) χρησιμοποιώντας n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, μετά ΔS = Q/T (ισοδύναμα ΔS = nR·ln(V₂/V₁) ευθέως). Σύγκρινε και τα δύο με τον πίνακα.
- Εξήγησε γιατί το ΔS είναι θετικό σε κάθε δοκιμή εδώ, και γιατί μεγαλύτερη διαστολή (μεγαλύτερο V₂) παράγει μεγαλύτερη αύξηση εντροπίας.
Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο
- Αυτό το πείραμα υποθέτει αντιστρέψιμη (απειροστως αργή) διαστολή. Μια ελεύθερη (ανεξέλεγκτη) διαστολή στο κενό στον ίδιο τελικό όγκο θα παρήγαγε το ακριβώς ίδιο ΔS για το αέριο, παρότι δεν ανταλλάσσεται καθόλου θερμότητα (Q = 0) και δεν παράγεται έργο. Εξήγησε γιατί η εντροπία είναι συνάρτηση κατάστασης που δεν νοιάζεται πώς πήγε το αέριο από το V₁ στο V₂.
- Ο δεύτερος νόμος λέει ότι η συνολική εντροπία (αέριο συν περιβάλλον) δεν μπορεί ποτέ να μειωθεί για πραγματική διεργασία. Για αυτή την αντιστρέψιμη ισόθερμη διαστολή, το περιβάλλον (η δεξαμενή θερμότητας που παρέχει το Q) χάνει ακριβώς τόση εντροπία όση κερδίζει το αέριο. Εξήγησε γιατί αυτό κάνει τη συνολική μεταβολή εντροπίας μηδέν — την υπογραφή αντιστρέψιμης διεργασίας.
- 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
- Καλώς όρισες στην Εντροπία ισόθερμα
- Επίλεξε τον θάλαμο
- Πάτησε Αναπαραγωγή
- Εντροπία από μεταβολή όγκου
- Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
- Το κατάφερες!
Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →