Termodynamiikka
Isoterminen laajeneminen – entropian muutos
Käänteinen isoterminen laajeneminen: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Isoterminen laajeneminen – entropian muutos – interaktiivinen Termodynamiikka-simulaatio. Käänteinen isoterminen laajeneminen: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Entropian muutos
Käänteinen isoterminen laajeneminen: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Entropian muutos mittaa, miten levinneeksi energia muuttuu. Käänteisessä isotermissä laajenemisessa kaasu imee lämpöä Q, kun sen lämpötila pysyy vakiointa, ja entropia nousee, koska sama energia vie suuremman tilavuuden useammalla mikrotiilalla.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Kaasu laajenee isotermin ja käänteisesti suurempaan tilavuuteen. Kasvaako sen entropia, laskeeko vai pysyykö samana?
Punniteltavat ennusteet
- Entropia laskee kaasun levittäytyessä.
- Entropia pysyy vakiona, koska prosessi on käänteinen.
- Entropia kasvaa – kaasulla on enemmän mahdollisia mikroskooppisia järjestelyjä suuremmassa tilavuudessa.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Lopputilavuus V₂ (L)
Mitä mittaat:
- Vaihdettu lämpö Q (J)
- Entropian muutos ΔS (J/K)
Miten tutkimus etenee
- Avaa entropian isoterminen laajeneminen -esiasetus ja paina Nollaa. 1 mol argonia alkaa arvoista 20 L, 300 K.
- Ota käyttöön vaihdetun lämmön ja entropian muutoksen lukemat.
- Aseta tavoite (loppu)tilavuus jokaiselle suoritukselle ja kirjaa vaihdettu lämpö ja entropian muutos.
Hallitseva yhtälö
Entropian muutos käänteisessä isotermeissä prosessissa — ΔS = Q/T
Käänteiselle isotermeelle laajenemiselle entropian muutos on yhtä suuri kuin vaihdettu lämpö jaettuna vakiolämpötilalla, mikä muodostuu kaavaksi ΔS = nR·ln(V₂/V₁) ideaalikaasulle – entropia kasvaa tilavuussuhteen logaritmin mukaan.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske Q = nRT·ln(V₂/V₁) arvoilla n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, sitten ΔS = Q/T (vastaavasti ΔS = nR·ln(V₂/V₁) suoraan). Vertaa molempia taulukkoon.
- Selitä, miksi ΔS on positiivinen jokaisessa suorituksessa tässä, ja miksi suurempi laajeneminen (suurempi V₂) tuottaa suuremman entropian kasvun.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Tämä koe olettaa käänteisen (äärettömän hitaan) laajenemisen. Vapaa (ohjaamaton) laajeneminen tyhjiöön samaan lopputilavuuteen tuottaisi täsmälleen saman ΔS kaasulle, vaikka lämpöä ei vaihdettaisi lainkaan (Q = 0) eikä työtä tehdä. Selitä, miksi entropia on tilafunktio, jolla ei ole väliä, miten kaasu pääsi arvosta V₁ arvoon V₂.
- Toinen laki sanoo, että kokonaisentropia (kaasu plus ympäristö) ei voi koskaan laskea todelliselle prosessille. Tälle käänteiselle isotermeelle laajenemiselle ympäristö (lämpösäiliö, joka toimittaa Q:n) menettää täsmälleen yhtä paljon entropiaa kuin kaasu saa. Selitä, miksi se tekee kokonaisentropian muutoksesta nollan – käänteisen prosessin tunnusmerkin.
- 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
- Tervetuloa entropian isoterminen laajenemiseen
- Valitse kammio
- Paina Toista
- Entropia tilavuuden muutoksesta
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →