Termodinamika
Adiabatikus tágulás
Hőcsere nélkül tágít: a gáz lehűl.
Adiabatikus tágulás — interaktív Termodinamika szimuláció. Hőcsere nélkül tágít: a gáz lehűl. Ingyenes, böngészőben futó virtuális fizikalabor élő SI-mérésekkel és vezetett tutoriallal.
Adiabatikus tágulás
Hőcsere nélkül tágít: a gáz lehűl.
Adiabatikus folyamatban Q = 0, tehát a tágulási munka a gáz belső energiáját vonja le. A molekulák lassulnak, a hőmérséklet csökken, és a P–V út meredekebb, mint egy izoterma, mert nem lép be hő a nyomás fenntartására.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = állandó
Vizsgálódási összefoglaló
Tervezd meg a kérdést, mielőtt megnyitod a labort
Az összefoglaló a előrenderelt oldalt tükrözi: vezérlő kérdés, versengő jóslatok, változószerepek, vezérlő törvények, beállítás, elemzés és bővítési feladatok láthatóak és ebben a sorrendben maradnak.
Vezérlő kérdés
Egy gáz gyorsan tágul, nincs ideje hőt cserélni a környezetével (adiabatikus). Változik-e a gáz hőmérséklete, noha hő sem be, sem ki nem lép?
Mérlegelendő jóslatok
- A gáz lehűl — a saját belső energiájából végez munkát a környezetén.
- A hőmérséklet ugyanaz marad, mert nincs hőcsere.
- A gáz felmelegszik, ahogy tágul.
Változószerepek
Amit te állítasz be:
- Végtérfogat V₂ (L)
Amit mérsz:
- A gáz által végzett munka W_gas (J)
- Véghőmérséklet T₂ (K)
Hogyan fut a vizsgálódás
- Nyisd meg az adiabatic-expansion előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. 1 mól kétatomos nitrogén (f = 5) indul 24.9 L-nél, 300 K-on.
- Engedélyezd a véghőmérséklet-kijelzőt a kamrán.
- Állítsd be a cél (vég) térfogatot minden mérésnél, és rögzítsd a véghőmérsékletet és a végzett munkát.
Vezéregyenlet
Adiabatikus folyamat — ΔU = Q − W
Hőcsere nélkül (Q = 0) az első főtétel ΔU = −W_gas-ra egyszerűsödik: egy táguló gáz csak a saját belső energiáját elköltve végezhet munkát, tehát le kell hűlnie. A nyomás és térfogat a P·V^γ = állandó összefüggést követi.
Amit a nyomtatható munkalap megoldatnia ad a diákokkal
- Egy mérésnél számítsd ki a T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L használatával. Ezután számítsd ki a W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁)-t. Hasonlítsd mindkettőt a táblázathoz.
- Mivel minden mérésben Q = 0, az első főtétel pontosan ΔU = −W_gas-t ad. Magyarázd meg energiamegmaradási szempontból, miért kell lehűlnie egy pozitív munkát végző, táguló gáznak, amikor nem tud hőt felvenni.
Hol bukkan fel ez a laboron túl
- Egy hajtógázos flakon hidegnek érzed, ahogy a gáz kirohan és gyorsan tágul — túl gyorsan, hogy jelentős hőt cseréljen a környezetével. Magyarázd meg, miért ennek az adiabatikus hűtés valódi (ha tökéletlen) példája.
- Hasonlítsd össze az ittani véghőmérsékleteidet azzal, amit az isothermal-compression fordítottja (egy izoterm tágulás) adna ugyanazon térfogatváltozásra: az izoterm T-t állandón tartja, ez az adiabatikus eset viszont nem. Miért változtatja meg az eredményt a hőcsere feltételének elhagyása?
- 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
- Üdv az Adiabatikus tágításnál
- Válaszd ki a kamrát
- Nyomd meg az Indítást
- Tágítás hőáramlás nélkül
- Nyisd meg a Tulajdonságok panelt
- Sikerült!
Nyisd meg az interaktív szimulációt a jelenet megépítéséhez, nyomd meg az Indítást, és fedezz fel élő mérésekkel és vezetett tutoriallal.