Termodinámica
Expansión adiabática
Expande sin intercambio de calor: el gas se enfría.
Expansión adiabática — simulación interactiva de Termodinámica. Expande sin intercambio de calor: el gas se enfría. Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Expansión adiabática
Expande sin intercambio de calor: el gas se enfría.
En un proceso adiabático Q = 0, por lo que el trabajo de expansión drena energía interna del gas. Las moléculas se frenan, la temperatura cae, y la trayectoria P–V es más pronunciada que una isoterma porque no entra calor para sostener la presión.
- Proceso adiabático Q = 0
- Proceso adiabático TV^(γ−1) = constante
Resumen de la investigación
Planifica la pregunta antes de abrir el laboratorio
El resumen refleja la página prerenderizada: la pregunta guía, las predicciones contrapuestas, los roles de las variables, las leyes que rigen, la preparación y las indicaciones de análisis y extensión permanecen visibles y en este orden.
Pregunta guía
Un gas se expande rápidamente, sin tiempo para intercambiar calor con su entorno (adiabático). ¿Cambia la temperatura del gas aunque no entre ni salga calor?
Predicciones a evaluar
- El gas se enfría: trabaja en su entorno utilizando su propia energía interna.
- La temperatura permanece igual, ya que no se intercambia calor.
- El gas se calienta a medida que se expande.
Roles de las variables
Lo que configuraste:
- Volumen final V₂ (L)
Lo que mides:
- Trabajo realizado por el gas W_gas (J)
- Temperatura final T₂ (K)
Cómo se desarrolla la investigación
- Abra el preajuste de expansión adiabática y presione Restablecer. 1 mol de nitrógeno diatómico (f = 5) comienza en 24.9 L, 300 K.
- Habilite la lectura de temperatura final en la cámara.
- Establezca el volumen objetivo (final) para cada prueba y registre la temperatura final y el trabajo realizado.
Ecuación rectora
Proceso adiabático — ΔU = Q − W
Sin intercambio de calor (Q = 0), la primera ley se reduce a ΔU = −W_gas: un gas en expansión solo puede realizar trabajo gastando su propia energía interna, por lo que debe enfriarse. La presión y el volumen siguen P·V^γ = constante.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Para una prueba, calcule T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) usando γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Luego calcule W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Compare ambos con la tabla.
- Con Q = 0 en cada ensayo, la primera ley da exactamente ΔU = −W_gas. Explique, en términos de conservación de energía, por qué un gas en expansión que realiza un trabajo positivo debe enfriarse cuando no puede absorber calor.
Dónde aparece esto más allá del laboratorio
- Una lata de aerosol se siente fría cuando el gas sale corriendo y se expande rápidamente, demasiado rápido para intercambiar mucho calor con el entorno. Explique por qué este es un ejemplo del mundo real (aunque imperfecto) de enfriamiento adiabático.
- Compare sus temperaturas finales aquí con lo que daría la compresión isotérmica inversa (una expansión isotérmica) para el mismo cambio de volumen: la isotérmica mantiene T constante, pero este caso adiabático no. ¿Por qué eliminar el supuesto del intercambio de calor cambia el resultado?
- 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
- Bienvenido a la expansión adiabática
- Selecciona la cámara
- Pulsa Reproducir
- Expansión sin flujo de calor
- Abre el panel de propiedades
- ¡Lo lograste!
Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.
Abrir laboratorio interactivo →
Descargar ficha de laboratorio →