Adiabaattinen laajeneminen: jäähtyminen menettämättä lämpöä

1 · Ennusta

Kaasu laajenee nopeasti, ilman aikaa vaihtaa lämpöä ympäristönsä kanssa (adiabaattinen). Muuttuuko kaasun lämpötila, vaikka lämpöä ei tule eikä lähde?

• Kaasu jäähtyy – se tekee työtä ympäristöönsä käyttäen omaa sisäenergiaansa.
• Lämpötila pysyy samana, koska lämpöä ei vaihdeta.
• Kaasu kuumenee laajentuessaan.

2 · Kokoa

1. Avaa adiabaattinen laajeneminen -esiasetus ja paina Nollaa. 1 mol kaksiatomiista typpeä (f = 5) alkaa arvoista 24.9 L, 300 K.
2. Ota käyttöön loppulämpötilan lukema kammiosta.
3. Aseta tavoite (loppu)tilavuus jokaiselle suoritukselle ja kirjaa loppulämpötila ja tehty työ.

3 · Kerää data

Kuvaa loppulämpötila T₂ (y-akseli) lopputilavuutta V₂ vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Kaartuuko viiva alaspäin?

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) arvoilla γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Laske sitten W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Vertaa molempia taulukkoon.
2. Kun Q = 0 jokaisessa suorituksessa, ensimmäinen laki antaa ΔU = −W_gas täsmälleen. Selitä energian säilymisen termeillä, miksi positiivista työtä tekevän laajenevan kaasun on jäähdytettävä, kun se ei voi imeä lämpöä.

5 · Laajenna

1. Aerosolisuihkupullo tuntuu kylmältä, kun kaasu ryntää ulos ja laajenee nopeasti – liian nopeasti vaihtaakseen paljon lämpöä ympäristön kanssa. Selitä, miksi tämä on todellisen maailman (joskin epätäydellinen) esimerkki adiabaattisesta jäähdytyksestä.
2. Vertaa loppulämpötilojasi siihen, mitä isoterminen tiivistys käänteisenä (isoterminen laajeneminen) antaisi samalle tilavuusmuutokselle: isoterminen pitää T:n vakiona, mutta tämä adiabaattinen tapaus ei. Miksi lämmönvaihto-oletuksen poistaminen muuttaa lopputulosta?

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia