Termodinamika
Izotermno širenje — promjena entropije
Reverzibilno izotermno širenje: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Izotermno širenje — promjena entropije — interaktivna simulacija: Termodinamika. Reverzibilno izotermno širenje: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Promjena entropije
Reverzibilno izotermno širenje: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Promjena entropije mjeri koliko se energija raširila. U reverzibilnom izotermnom širenju plin apsorbira toplinu Q dok mu temperatura ostaje fiksna, a entropija raste jer ista energija zauzima veći volumen s više mikrostanja.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
Sažetak istraživanja
Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij
Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.
Središnje pitanje
Plin se širi izotermno i reverzibilno na veći volumen. Raste li njegova entropija, opada ili ostaje ista?
Predviđanja za odvagnuti
- Entropija opada kako se plin širi.
- Entropija ostaje stalna jer je proces reverzibilan.
- Entropija raste — plin ima više mogućih mikroskopskih rasporeda pri većem volumenu.
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Konačni volumen V₂ (L)
Što mjeriš:
- Izmijenjena toplina Q (J)
- Promjena entropije ΔS (J/K)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav entropy-isothermal i pritisni Resetiraj. 1 mol argona počinje na 20 L, 300 K.
- Omogući očitanja izmijenjene topline i promjene entropije.
- Postavi ciljni (konačni) volumen za svaki pokušaj i zabilježi izmijenjenu topline i promjenu entropije.
Odgovarajuća jednadžba
Promjena entropije u reverzibilnom izotermnom procesu — ΔS = Q/T
Za reverzibilno izotermno širenje, promjena entropije jednaka je izmijenjenoj toplini podijeljenoj stalnom temperaturom, što izlazi ΔS = nR·ln(V₂/V₁) za idealni plin — entropija raste s logaritmom omjera volumena.
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Za jedan pokušaj izračunaj Q = nRT·ln(V₂/V₁) koristeći n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, zatim ΔS = Q/T (ekvivalentno ΔS = nR·ln(V₂/V₁) izravno). Usporedi oba s tablicom.
- Objasni zašto je ΔS pozitivan u svakom pokušaju ovdje i zašto veće širenje (veći V₂) daje veći porast entropije.
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Ovaj pokus pretpostavlja reverzibilno (beskonačno sporo) širenje. Slobodno (nekontrolirano) širenje u vakuum na isti konačni volumen proizvelo bi točno isti ΔS za plin, iako se toplina uopće ne izmjenjuje (Q = 0) i rad se ne vrši. Objasni zašto je entropija funkcija stanja kojoj nije važno kako je plin došao od V₁ do V₂.
- Drugi zakon kaže da ukupna entropija (plin plus okolina) nikad ne može opasti za stvarni proces. Za ovo reverzibilno izotermno širenje, okolina (toplinski spremnik koji daje Q) gubi točno onoliko entropije koliko plin dobiva. Objasni zašto to ukupnu promjenu entropije čini nulom — potpis reverzibilnog procesa.
- 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
- Dobro došli u izotermnu entropiju
- Odaberi komoru
- Pritisni Pokreni
- Entropija iz promjene volumena
- Otvori ploču Svojstva
- Uspjelo ti je!
Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Otvori interaktivni laboratorij →