Adiabatikus tágulás: hűtés hővesztés nélkül

1 · Jóslás

Egy gáz gyorsan tágul, nincs ideje hőt cserélni a környezetével (adiabatikus). Változik-e a gáz hőmérséklete, noha hő sem be, sem ki nem lép?

• A gáz lehűl — a saját belső energiájából végez munkát a környezetén.
• A hőmérséklet ugyanaz marad, mert nincs hőcsere.
• A gáz felmelegszik, ahogy tágul.

2 · Előkészítés

1. 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.
2. Engedélyezd a véghőmérséklet-kijelzőt a kamrán.
3. Állítsd be a cél (vég) térfogatot minden mérésnél, és rögzítsd a véghőmérsékletet és a végzett munkát.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a T₂ véghőmérsékletet (y-tengely) a V₂ végtérfogattal (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Görbül lefelé a vonal?

4 · Elemzés

1. 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.
2. 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.

5 · Kiterjesztés

1. 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.
2. 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?

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap