Entrópiaváltozás reverzibilis izoterm tágulásban

1 · Jóslás

Egy gáz izotermán és reverzibilisen nagyobb térfogatra tágul. Az entrópiája nő, csökken, vagy ugyanaz marad?

• Az entrópia csökken, ahogy a gáz szétterül.
• Az entrópia állandó marad, mert a folyamat reverzibilis.
• Az entrópia nő — a gáznak több lehetséges mikroszkopikus elrendezése van nagyobb térfogaton.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg az entropy-isothermal előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. 1 mól argon indul 20 L-nél, 300 K-on.
2. Engedélyezd a cserélt hő és entrópiaváltozás kijelzőket.
3. Állítsd be a cél (vég) térfogatot minden mérésnél, és rögzítsd a cserélt hőt és az entrópiaváltozást.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a ΔS entrópiaváltozást (y-tengely) a ln(V₂/V₁)-nel (x-tengely) szemben a három mérésedhez, V₁ = 0.02 m³ használatával.

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki a Q = nRT·ln(V₂/V₁)-t n = 1 mól, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K használatával, majd ΔS = Q/T (egyenértékűen közvetlenül ΔS = nR·ln(V₂/V₁)). Hasonlítsd mindkettőt a táblázathoz.
2. Magyarázd meg, miért pozitív a ΔS minden ittani mérésben, és miért ad nagyobb tágulás (nagyobb V₂) nagyobb entrópiaszaporulatot.

5 · Kiterjesztés

1. Ez a kísérlet reverzibilis (végtelen lassú) tágulást tételez fel. Egy szabad (kontrollálatlan) tágulás vákuumba ugyanarra a végtérfogatra pontosan ugyanazt a ΔS-t adná a gáznak, noha egyáltalán nincs hőcsere (Q = 0), és nincs végzett munka sem. Magyarázd meg, miért állapotfüggvény az entrópia, amely nem törődik vele, hogyan jutott el a gáz V₁-ből V₂-be.
2. A második főtétel szerint a teljes entrópia (gáz plusz környezet) valódi folyamatban soha nem csökkenhet. Ehhez a reverzibilis izoterm táguláshoz a környezet (a Q hőt szolgáltató hőtartály) pontosan annyi entrópiát veszít, amennyit a gáz nyer. Magyarázd meg, miért teszi ez a teljes entrópiaváltozást nullává — a reverzibilis folyamat aláírásává.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap