ترمودینامیک
انبساط بیدررو
بدون تبادل گرما منبسط شوید: گاز سرد میشود.
انبساط بیدررو — شبیهسازی تعاملی ترمودینامیک. بدون تبادل گرما منبسط شوید: گاز سرد میشود. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
انبساط بیدررو
بدون تبادل گرما منبسط شوید: گاز سرد میشود.
در فرایند بیدررو Q = 0، پس کار انبساط انرژی درونی گاز را میکاهد. مولکولها کند میشوند، دما میافتد، و مسیر P–V از همدما تندتر است چون گرمایی برای نگهداشتن فشار وارد نمیشود.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
گازی تند منبسط میشود، بیوقتی برای تبادل گرما با محیط (بیدررو). آیا دمای گاز با آنکه گرمایی وارد یا خارج نمیشود تغییر میکند؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- گاز سرد میشود — با انرژی درونی خودش بر محیطش کار میکند.
- دما همان میماند، چون گرمایی مبادله نمیشود.
- گاز با انبساط گرم میشود.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- حجم نهایی V₂ (L)
آنچه اندازه میگیرید:
- کار انجامشده توسط گاز W_gas (J)
- دمای نهایی T₂ (K)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی adiabatic-expansion را باز کنید و Reset را بفشارید. 1 mol نیتروژن دواتمی (f = 5) از 24.9 L و 300 K آغاز میکند.
- قرائت دمای نهایی را روی اتاقک فعال کنید.
- حجم هدف (نهایی) را برای هر آزمایش تنظیم کنید و دمای نهایی و کار انجامشده را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
فرایند بیدررو — ΔU = Q − W
با تبادل نشدن گرما (Q = 0)، قانون اول به ΔU = −W_gas ساده میشود: گازِ منبسطشونده تنها با خرج کردن انرژی درونی خودش میتواند کار انجام دهد، پس باید سرد شود. فشار و حجم از P·V^γ = ثابت پیروی میکنند.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، مقدار T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) را با γ = (f+2)/f = 1.4 و T₁ = 300 K و V₁ = 24.9 L حساب کنید. سپس W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁) را. هر دو را با جدول مقایسه کنید.
- با Q = 0 در همهٔ آزمایشها، قانون اول دقیقاً ΔU = −W_gas میدهد. برحسب پایستگی انرژی توضیح دهید چرا گازِ منبسطشوندهای که کار مثبت انجام میدهد وقتی نمیتواند گرما بگیرد باید سرد شود.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- قوطی اسپری هنگام بیرونریختن و انبساط تند گاز، خنک لمس میشود — بیش از آنکه تند فرصت تبادل گرما با محیط پیدا کند. توضیح دهید چرا این نمونهای واقعی (ولی ناکامل) از سرمایش بیدرروست.
- دماهای نهاییتان را اینجا با وارونهٔ آزمایش تراکم همدما (انبساط همدما) برای همان تغییر حجم مقایسه کنید: همدما T را ثابت نگه میدارد، اما این حالت بیدررو نه. چرا برداشتن فرض تبادل گرما نتیجه را عوض میکند؟
- 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
- به انبساط بیدررو خوش آمدید
- انتخاب اتاقک
- Play را بفشارید
- انبساط بیجریان گرما
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.