Adijabatsko širenje: hlađenje bez gubitka topline

1 · Predviđanje

Plin se brzo širi, bez vremena za izmjenu topline s okolinom (adijabatski). Mijenja li se temperatura plina iako toplina ne ulazi ni izlazi?

• Plin se hladi — vrši rad na okolini koristeći vlastitu unutarnju energiju.
• Temperatura ostaje ista, jer se toplina ne izmjenjuje.
• Plin se zagrijava dok se širi.

2 · Postava

1. Otvori postav adiabatic-expansion i pritisni Resetiraj. 1 mol diatomnog dušika (f = 5) počinje na 24.9 L, 300 K.
2. Omogući očitanje konačne temperature na komori.
3. Postavi ciljni (konačni) volumen za svaki pokušaj i zabilježi konačnu temperaturu i rad.

3 · Prikupljanje podataka

Nacrtaj konačnu temperaturu T₂ (y-os) naspram konačnog volumena V₂ (x-os) za svoja tri pokušaja. Krivi li se crta prema dolje?

4 · Analiza

1. Za jedan pokušaj izračunaj T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) koristeći γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Zatim izračunaj W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Usporedi oba s tablicom.
2. Uz Q = 0 u svakom pokušaju, prvi zakon daje ΔU = −W_gas točno. Objasni, u terminima očuvanja energije, zašto šireći plin koji vrši pozitivan rad mora ohladiti kad ne može uvući toplinu.

5 · Proširenje

1. Sprej za osvježavanje osjeća se hladno dok gas juri van i brzo se širi — prebrzo da izmijeni mnogo topline s okolinom. Objasni zašto je ovo stvarni (makar nesavršen) primjer adijabatskog hlađenja.
2. Usporedi svoje konačne temperature ovdje s onim što bi obrnuti slučaj isothermal-compression (izotermno širenje) dao za istu promjenu volumena: izotermno drži T stalnim, a ovaj adijabatski slučaj ne. Zašto uklanjanje pretpostavke izmjene topline mijenja ishod?

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis