Termodinamica
Espansione isoterma — variazione di entropia
Espansione isoterma reversibile: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Espansione isoterma — variazione di entropia — simulazione interattiva (Termodinamica). Espansione isoterma reversibile: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Laboratorio virtuale di fisica gratuito nel browser con misure SI dal vivo e tutorial guidato.
Variazione di entropia
Espansione isoterma reversibile: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
La variazione di entropia misura quanto l'energia si disperde. In un'espansione isoterma reversibile il gas assorbe calore Q a temperatura fissa e l'entropia sale perché la stessa energia occupa un volume maggiore con più microstati.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
Sintesi dell'indagine
Pianifica la domanda prima di aprire il laboratorio
La sintesi riprende la pagina pre-renderizzata: domanda guida, previsioni concorrenti, ruoli delle variabili, leggi dominanti, procedura, analisi ed estensioni restano visibili e in quest'ordine.
Domanda guida
Un gas si espande isotermando e reversibilmente a volume maggiore. La sua entropia aumenta, diminuisce o resta uguale?
Previsioni da valutare
- Diminuisce mentre il gas si spande.
- Resta costante perché il processo è reversibile.
- Aumenta: il gas ha più disposizioni microscopiche a volume maggiore.
Ruoli delle variabili
Cosa imposti tu:
- Volume finale V₂ (L)
Cosa misuri:
- Calore scambiato Q (J)
- Variazione d'entropia ΔS (J/K)
Come si svolge l'indagine
- Apri il preset entropia isoterma e premi Reimposta. 1 mol di argon parte a 20 L, 300 K.
- Attiva le letture di calore scambiato e variazione di entropia.
- Imposta il volume finale per ogni prova e registra calore scambiato e variazione d'entropia.
Equazione che governa
Variazione d'entropia in un processo isoterma reversibile — ΔS = Q/T
Per un'espansione isoterma reversibile, la variazione di entropia è uguale al calore scambiato diviso la temperatura costante, che per un gas ideale dà ΔS = nR·ln(V₂/V₁) — l'entropia cresce col logaritmo del rapporto dei volumi.
Cosa il foglio stampabile chiede di ricavare agli studenti
- Per una prova, calcola Q = nRT·ln(V₂/V₁) usando n = 1 mol; R = 8.314 J/(mol·K); T = 300 K, poi ΔS = Q/T (equivalentemente direttamente ΔS = nR·ln(V₂/V₁)). Confronta entrambi con la tabella.
- Spiega perché ΔS è positiva in ogni prova qui, e perché un'espansione maggiore (V₂ più grande) dà un aumento d'entropia maggiore.
Dove si ritrova fuori dal laboratorio
- Questo esperimento assume un'espansione reversibile (infinitamente lenta). Un'espansione libera (non controllata) nel vuoto fino allo stesso volume finale produrrebbe per il gas esattamente la stessa ΔS, pur senza alcuno scambio di calore (Q = 0) e senza lavoro compiuto. Spiega perché l'entropia è una funzione di stato che non le importa come il gas sia passato da V₁ a V₂.
- Il secondo principio dice che l'entropia totale (gas più ambiente) non può mai diminuire in un processo reale. In quest'espansione isoterma reversibile, l'ambiente (il serbatoio che fornisce Q) perde esattamente quanta entropia il gas guadagna. Spiega perché questo rende nulla la variazione totale — la firma del processo reversibile.
- 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
- Benvenuto all'entropia isoterma
- Seleziona la camera
- Premi Play
- Entropia dal cambio di volume
- Apri il pannello Proprietà
- Ce l'hai fatta!
Apri la simulazione interattiva per costruire la scena, premere Play ed esplorare con misure dal vivo e un tutorial guidato.
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