Μεταβολή εντροπίας σε αντιστρέψιμη ισόθερμη διαστολή

1 · Πρόβλεψε

Ένα αέριο διαστέλλεται ισόθερμα και αντιστρέψιμα σε μεγαλύτερο όγκο. Η εντροπία του μεγαλώνει, μειώνεται ή μένει ίδια;

• 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.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή entropy-isothermal και πάτησε Επαναφορά. 1 mol αργού ξεκινά στα 20 L, 300 K.
2. Ενεργοποίησε τις ενδείξεις ανταλλαγής θερμότητας και μεταβολής εντροπίας.
3. Ρύθμισε τον στόχο (τελικό) όγκο για κάθε δοκιμή, και κατέγραψε την ανταλλαγή θερμότητας και τη μεταβολή εντροπίας.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε τη μεταβολή εντροπίας ΔS (άξονας y) έναντι του ln(V₂/V₁) (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου, χρησιμοποιώντας V₁ = 0.02 m³.

4 · Ανάλυση

1. 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.
2. Εξήγησε γιατί το ΔS είναι θετικό σε κάθε δοκιμή εδώ, και γιατί μεγαλύτερη διαστολή (μεγαλύτερο V₂) παράγει μεγαλύτερη αύξηση εντροπίας.

5 · Επέκταση

1. 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.
2. 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.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής