Termodinamika
Izotermiskā izplešanās — entropijas izmaiņa
Atgriezeniska izotermiska izplešanās: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Izotermiskā izplešanās — entropijas izmaiņa — interaktīva Termodinamika simulācija. Atgriezeniska izotermiska izplešanās: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.
Entropijas izmaiņa
Atgriezeniska izotermiska izplešanās: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Entropijas izmaiņa mēra, cik izkliedēta kļūst enerģija. Atgriezeniskā izotermiskā izplešanā gāze uzņem siltumu Q, tās temperatūrai paliekot fiksētai, un entropija aug, jo tā pati enerģija aizņem lielāku tilpumu ar vairāk mikrostāvokļu.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
Izpētes kopsavilkums
Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju
Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.
Virzošais jautājums
Gāze izpletās izotermiski un atgriezeniski līdz lielākam tilpumam. Vai tās entropija palielinās, samazinās vai paliek nemainīga?
Prognozes, ko svērt
- Entropija samazinās, gāzei izkliedējoties.
- Entropija paliek nemainīga, tā kā proceso ir atgriezenisks.
- Entropija palielinās — gāzei ir vairāk iespējamo mikroskopisko izkārtojumu lielākā tilpumā.
Lielumu lomas
Ko tu iestati:
- Galīgais tilpums V₂ (L)
Ko tu mēri:
- Apmainītais siltums Q (J)
- Entropijas izmaiņa ΔS (J/K)
Kā izpēte norit
- Atver izotermiskās entropijas eksperimentu un nospied Atiestatīt. 1 mol argona sākas pie 20 L, 300 K.
- Ieslēdz apmainītā siltuma un entropijas izmaiņas rādījumus.
- Iestati mērķa (galīgo) tilpumu katram mēģinājumam un ieraksti apmainīto siltumu un entropijas izmaiņu.
Noteicošais vienādojums
Entropijas izmaiņa atgriezeniskā izotermiskā procesā — ΔS = Q/T
Atgriezeniskai izotermiskai izplešanās entropijas izmaiņa ir apmainītais siltums dalīts ar nemainīgo temperatūru, kas izrēķinās kā ΔS = nR·ln(V₂/V₁) ideālai gāzei — entropija aug ar tilpumu attiecības logaritmu.
Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt
- Vienam mēģinājumam izrēķini Q = nRT·ln(V₂/V₁) ar n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, tad ΔS = Q/T (ekvivalenti ΔS = nR·ln(V₂/V₁) tieši). Salīdzini abus ar tabulu.
- Izskaidro, kāpēc ΔS ir pozitīvs katrā mēģinājumā šeit, un kāpēc lielāka izplešanās (lielāks V₂) rada lielāku entropijas pieaugumu.
Kur tas parādās ārpus laboratorijas
- Šis eksperiments pieņem atgriezenisku (bezgalīgi lēnu) izplešanos. Brīva (nekontrolēta) izplešanās vakuumā uz to pašu galīgo tilpumu radītu tieši to pašu ΔS gāzei, kaut neviens siltums netiek apmainīts (Q = 0) un darbs netiek veikts. Izskaidro, kāpēc entropija ir stāvokļa funkcija, kurai nerūp, kā gāze nokļuva no V₁ uz V₂.
- Otrais likums saka, ka kopējā entropija (gāze plus apkārtne) nekad nevar samazināties īstam procesam. Šai atgriezeniskajai izotermiskajai izplešanās apkārtne (siltuma rezervuārs, kas piegādā Q) zaudē tieši tik daudz entropijas, cik gāze iegūst. Izskaidro, kāpēc tas padara kopējo entropijas izmaiņu nulli — atgriezeniska procesa parakstu.
- 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
- Sveicināts izotermiskās entropijas eksperimentā
- Atlasīts kameru
- Nospied „Atskaņot”
- Entropija no tilpuma izmaiņas
- Atver Īpašību paneli
- Tev izdevās!
Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.
Atvērt interaktīvo laboratoriju →