Αδιαβατική διαστολή: Ψύξη χωρίς απώλεια θερμότητας

1 · Πρόβλεψε

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;

• 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.

2 · Διάταξη

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.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε την τελική θερμοκρασία T₂ (άξονας y) έναντι του τελικού όγκου V₂ (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Καμπυλώνει η γραμμή προς τα κάτω;

4 · Ανάλυση

1. 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.
2. 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.

5 · Επέκταση

1. 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.
2. 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;

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής