Termodinámica
Expansión isotérmica — cambio de entropía
Expansión isotérmica reversible: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Expansión isotérmica — cambio de entropía — simulación interactiva de Termodinámica. Expansión isotérmica reversible: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Cambio de entropía
Expansión isoterma reversible: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
El cambio de entropía mide cuán dispersa se vuelve la energía. En una expansión isotérmica reversible, el gas absorbe calor Q mientras su temperatura permanece fija, y la entropía aumenta porque la misma energía ocupa un volumen mayor con más microestados.
- Cambio de entropía ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- Cambio de entropía ΔS = Q_rev/T
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 isotérmica y reversiblemente hasta alcanzar un volumen mayor. ¿Su entropía aumenta, disminuye o permanece igual?
Predicciones a evaluar
- La entropía disminuye a medida que el gas se expande.
- La entropía permanece constante ya que el proceso es reversible.
- La entropía aumenta: el gas tiene más disposiciones microscópicas posibles a mayor volumen.
Roles de las variables
Lo que configuraste:
- Volumen final V₂ (L)
Lo que mides:
- Calor intercambiado Q (J)
- Cambio de entropía ΔS (J/K)
Cómo se desarrolla la investigación
- Abra el preajuste de entropía isotérmica y presione Restablecer. 1 mol de argón comienza en 20 L, 300 K.
- Habilite las lecturas de intercambio de calor y cambio de entropía.
- Establezca el volumen objetivo (final) para cada prueba y registre el calor intercambiado y el cambio de entropía.
Ecuación rectora
Cambio de entropía en un proceso isotérmico reversible — ΔS = Q/T
Para una expansión isotérmica reversible, el cambio de entropía es igual al calor intercambiado dividido por la temperatura constante, lo que resulta en ΔS = nR·ln(V₂/V₁) para un gas ideal: la entropía crece con el logaritmo de la relación de volumen.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Para una prueba, calcule Q = nRT·ln(V₂/V₁) usando n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, luego ΔS = Q/T (equivalentemente ΔS = nR·ln(V₂/V₁) directamente). Compare ambos con la tabla.
- Explique por qué ΔS es positivo en todos los ensayos aquí y por qué una expansión mayor (V₂ mayor) produce un aumento de entropía mayor.
Dónde aparece esto más allá del laboratorio
- Este experimento supone una expansión reversible (infinitamente lenta). Una expansión libre (incontrolada) al vacío hasta el mismo volumen final produciría exactamente el mismo ΔS para el gas, aunque no se intercambie calor en absoluto (Q = 0) y no se realice ningún trabajo. Explique por qué la entropía es una función de estado a la que no le importa cómo llegó el gas de V₁ a V₂.
- La segunda ley dice que la entropía total (gas más entorno) nunca puede disminuir en un proceso real. Para esta expansión isotérmica reversible, el entorno (el depósito de calor que suministra Q) pierde exactamente tanta entropía como gana el gas. Explique por qué eso hace que el cambio de entropía total sea cero: la firma de un proceso reversible.
- 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 entropía isoterma
- Selecciona la cámara
- Pulsa Reproducir
- Entropía por cambio de volumen
- 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.
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