Termodinamika
Adiabatinis plėtimasis
Plėsk be šilumos mainų: dujos vėsta.
Adiabatinis plėtimasis — interaktyvi Termodinamika simuliacija. Plėsk be šilumos mainų: dujos vėsta. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Adiabatinis plėtimasis
Plėsk be šilumos mainų: dujos vėsta.
Adiabatiniame procese Q = 0, tad plėtimosi darbas nusausina dujų vidinę energiją. Molekulės sulėtėja, temperatūra krenta, o P–V kelias statesnis už izotermą, nes jokia šiluma neįeina palaikyti slėgio.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = konst
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Dujos plečiasi greitai, neturėdamos laiko keistis šiluma su aplinka (adiabatinis). Ar dujų temperatūra keičiasi, nors jokia šiluma neįeina ir neišeina?
Svarstytini spėjimai
- Dujos vėsta — jos atlieka darbą aplinkai naudodamos savo vidinę energiją.
- Temperatūra lieka ta pati, nes šiluma nesikeičia.
- Dujos įkaista plečiantis.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Galutinis tūris V₂ (L)
Ką tu matauji:
- Dujų atliktas darbas W_gas (J)
- Galutinė temperatūra T₂ (K)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Adiabatinis plėtimasis“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. 1 mol dviatomių azoto (f = 5) pradeda ties 24.9 L, 300 K.
- Įjunk galutinės temperatūros rodmuo kameroje.
- Nustatyk taikinį (galutinį) tūrį kiekvienam bandymui ir užsirašyk galutinę temperatūrą bei atliktą darbą.
Valdančioji lygtis
Adiabatinis procesas — ΔU = Q − W
Be šilumos mainų (Q = 0) pirmasis dėsnis supaprastėja iki ΔU = −W_gas: besiplečiančios dujos gali atlikti darbą tik išleisdamos savo vidinę energiją, todėl turi vėsti. Slėgis ir tūris seka P·V^γ = konstanta.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) naudodamas γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Tada apskaičiuok W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Palygink abu su lentele.
- Su Q = 0 kiekviename bandyme pirmasis dėsnis duoda ΔU = −W_gas tiksliai. Paaiškink energijos tvermės požiūriu, kodėl besiplečiančios dujos, atliekančios teigiamą darbą, turi vėsti, kai negali įtraukti šilumos.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Aerozolio purškimo skardinė jaučiasi šalta, dujoms veržiantis laukan ir greitai besiplečiant — per greitai, kad spėtų pasikeisti šiluma su aplinka. Paaiškink, kodėl tai realus (nors netobulas) adiabatinio vėsimo pavyzdys.
- Palygink savo galutines temperatūras čia su tuo, ką duotų izoterminio gaužimo atvirkštinis (izoterminis plėtimasis) tam pačiam tūrio pokyčiui: izoterminis laiko T pastovų, o šis adiabatinis — ne. Kodėl šilumos mainų prielaidos pašalinimas keičia rezultatą?
- 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
- Sveiki atvykę prie adiabatinio plėtimo
- Pasirink kamerą
- Spausk Leisti
- Plėtimasis be šilumos srauto
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →