ترمودینامیک
انبساط همدما — تغییر آنتروپی
انبساط همدمای بازگشتپذیر: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
انبساط همدما — تغییر آنتروپی — شبیهسازی تعاملی ترمودینامیک. انبساط همدمای بازگشتپذیر: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
تغییر آنتروپی
انبساط همدمای بازگشتپذیر: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
تغییر آنتروپی میسنجد انرژی چقدر پراکنده میشود. در انبساط همدمای بازگشتپذیر، گاز گرمای Q را جذب میکند در حالی که دمایش ثابت میماند، و آنتروپی بالا میرود چون همان انرژی حجمی بزرگتر با ریزحالتهای بیشتر را اشغال میکند.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 همدما و بازگشتپذیر به حجمی بزرگتر منبسط میشود. آنتروپیاش زیاد، کم یا همان میشود؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- آنتروپی با پخششدن گاز کم میشود.
- آنتروپی چون فرایند بازگشتپذیر است ثابت میماند.
- آنتروپی زیاد میشود — گاز در حجم بزرگتر چیدمانهای ریز بیشتری دارد.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- حجم نهایی V₂ (L)
آنچه اندازه میگیرید:
- گرمای مبادلهشده Q (J)
- تغییر آنتروپی ΔS (J/K)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم آنتروپی-همدما را باز کنید و Reset بزنید. 1 مول آرگون از 20 L و 300 K شروع میکند.
- قرائتهای گرمای مبادلهشده و تغییر آنتروپی را فعال کنید.
- حجم هدف (نهایی) را برای هر آزمایش تنظیم کنید و گرمای مبادلهشده و تغییر آنتروپی را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
تغییر آنتروپی در فرایند همدمای بازگشتپذیر — ΔS = Q/T
برای انبساط همدمای بازگشتپذیر، تغییر آنتروپی برابر است با گرمای مبادلهشده تقسیم بر دمای ثابت، که برای گاز ایدهآل به ΔS = nR·ln(V₂/V₁) میرسد — آنتروپی با لگاریتم نسبت حجم بزرگ میشود.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، Q = nRT·ln(V₂/V₁) را با n = 1 mol و R = 8.314 J/(mol·K) و T = 300 K حساب کنید، سپس ΔS = Q/T (یا مستقیماً ΔS = nR·ln(V₂/V₁)). هر دو را با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا ΔS در هر آزمایش اینجا مثبت است و چرا انبساط بزرگتر (V₂ بزرگتر) افزایش آنتروپی بزرگتری میدهد.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- این آزمایش انبساط بازگشتپذیر (بینهایت کند) را فرض میکند. انبساط آزاد (مهارنشده) به خلأ تا همان حجم نهایی، دقیقاً همین ΔS را برای گاز تولید میکند، حتی وقتی اصلاً گرمایی تبادل نمیشود (Q = 0) و کاری انجام نمیشود. توضیح دهید چرا آنتروپی یک تابع حالت است و اهمیتی نمیدهد گاز چگونه از V₁ به V₂ رسیده است.
- قانون دوم میگوید آنتروپی کل (گاز بهعلاوهٔ محیط) برای فرایند واقعی هرگز کم نمیشود. برای این انبساط همدمای بازگشتپذیر، محیط (مخزن گرمایی که Q میدهد) دقیقاً بهاندازهٔ دستاورد گاز آنتروپی میبازد. توضیح دهید چرا این تغییر آنتروپی کل را صفر میکند — نشانهٔ فرایند بازگشتپذیر.
- 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 آنتروپی همدما خوش آمدید
- انتخاب محفظه
- Play را بفشارید
- آنتروپی از تغییر حجم
- 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.