Entropian muutos käänteisessä isotermissä laajenemisessa

1 · Ennusta

Kaasu laajenee isotermin ja käänteisesti suurempaan tilavuuteen. Kasvaako sen entropia, laskeeko vai pysyykö samana?

• Entropia laskee kaasun levittäytyessä.
• Entropia pysyy vakiona, koska prosessi on käänteinen.
• Entropia kasvaa – kaasulla on enemmän mahdollisia mikroskooppisia järjestelyjä suuremmassa tilavuudessa.

2 · Kokoa

1. Avaa entropian isoterminen laajeneminen -esiasetus ja paina Nollaa. 1 mol argonia alkaa arvoista 20 L, 300 K.
2. Ota käyttöön vaihdetun lämmön ja entropian muutoksen lukemat.
3. Aseta tavoite (loppu)tilavuus jokaiselle suoritukselle ja kirjaa vaihdettu lämpö ja entropian muutos.

3 · Kerää data

Kuvaa entropian muutos ΔS (y-akseli) arvoa ln(V₂/V₁) vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi käyttäen V₁ = 0.02 m³.

4 · Analysoi

1. 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.
2. Selitä, miksi ΔS on positiivinen jokaisessa suorituksessa tässä, ja miksi suurempi laajeneminen (suurempi V₂) tuottaa suuremman entropian kasvun.

5 · Laajenna

1. 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.
2. 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.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia