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
Informe de investigación
Planifique 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 de conducción
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 para pesar
- 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 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 estudio
- ¡Lo lograste!
Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.
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