가역 등온 팽창의 엔트로피 변화

1 · 예측

가스는 등온 및 가역적으로 팽창하여 더 큰 부피로 팽창합니다. 엔트로피는 증가합니까, 감소합니까, 아니면 동일하게 유지됩니까?

• 엔트로피는 기체가 퍼지면서 감소합니다.
• 과정이 가역적이므로 엔트로피는 일정하게 유지됩니다.
• 엔트로피가 증가합니다. 가스는 더 큰 부피에서 더 많은 미세한 배열을 가질 수 있습니다.

2 · 설정

1. entropy-isothermal 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 아르곤 1mol은 20L, 300K에서 시작됩니다.
2. 교환된 열량 및 엔트로피 변화 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행에 대한 목표(최종) 부피를 설정하고 교환된 열과 엔트로피 변화를 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 엔트로피 변화 ΔS(y축)를 ln(V₂/V₁)(x축)에 대해 그래프로 그리세요(V₁ = 0.02 m³ 사용).

4 · 분석

1. 한 번의 시행에서는 n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, ΔS = Q/T(동등하게 ΔS = nR·ln(V²/V₁) 직접)를 사용하여 Q = nRT·ln(V²/V₁)을 계산합니다. 두 가지를 모두 표와 비교해보세요.
2. 여기서 ΔS가 모든 시행에서 양수인 이유와 더 큰 확장(더 큰 V2)이 더 큰 엔트로피 증가를 생성하는 이유를 설명하십시오.

5 · 확장

1. 이 실험은 가역적인(무한히 느린) 팽창을 가정합니다. 진공으로의 자유(제어되지 않은) 팽창이 같은 최종 부피에 도달한다면, 열교환이 전혀 없고(Q = 0) 일도 하지 않았음에도 기체의 ΔS는 정확히 동일할 것입니다. 엔트로피가 기체가 V₁에서 V₂로 어떻게 도달했는지에 무관한 상태함수인 이유를 설명하세요.
2. 두 번째 법칙은 실제 과정에서 총 엔트로피(가스 + 주변 환경)가 결코 감소할 수 없다고 말합니다. 이러한 가역적 등온 팽창의 경우 주변(Q를 공급하는 열 저장고)은 가스가 얻는 엔트로피만큼 정확히 손실됩니다. 이것이 총 엔트로피 변화를 0으로 만드는 이유, 즉 가역적 과정의 특징을 설명하십시오.

이 실험의 물리학

← 실험으로 돌아가기