Variazione di entropia in un'espansione isoterma reversibile
1 · Prevedi
Un gas si espande isotermando e reversibilmente a volume maggiore. La sua entropia aumenta, diminuisce o resta uguale?
- Diminuisce mentre il gas si spande.
- Resta costante perché il processo è reversibile.
- Aumenta: il gas ha più disposizioni microscopiche a volume maggiore.
2 · Configurazione
- 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.
3 · Raccogli dati
| Volume finale V₂ (L) | Calore scambiato Q (J) | Variazione d'entropia ΔS (J/K) |
|---|---|---|
| 30.00 | ||
| 40.00 | ||
| 60.00 |
Rappresenta la variazione di entropia ΔS (asse y) contro ln(V₂/V₁) (asse x) per le tue tre prove, usando V₁ = 0.02 m³.
4 · Analizza
- 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.
5 · Estendi
- 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.
La fisica dietro questo esperimento
Variazione d'entropia in un processo isoterma reversibile
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.