Adiabātiskā izplešanās: dzesēšana bez siltuma zaudēšanas

1 · Prognozē

Gāze izplešas ātri, bez laika apmainīt siltumu ar apkārtni (adiabātiski). Vai gāzes temperatūra mainās, kaut neviens siltums neieplūst ne izplūst?

2 · Iestati

  1. Atver adiabātiskās izplešanās eksperimentu un nospied Atiestatīt. 1 mol divatomāra slāpekļa (f = 5) sākas pie 24.9 L, 300 K.
  2. Ieslēdz galīgās temperatūras rādījumu uz kameras.
  3. Iestati mērķa (galīgo) tilpumu katram mēģinājumam un ieraksti galīgo temperatūru un veikto darbu.

3 · Vāc datus

Galīgais tilpums V₂ (L)Gāzes veiktais darbs W_gas (J)Galīgā temperatūra T₂ (K)
37.41
49.89
62.36

Zīmē galīgo temperatūru T₂ (y ass) pret galīgo tilpumu V₂ (x ass) saviem trim mēģinājumiem. Vai līnija izliecas uz leju?

4 · Analizē

  1. Vienam mēģinājumam izrēķini T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) ar γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Tad izrēķini W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Salīdzini abus ar tabulu.
  2. Ar Q = 0 katrā mēģinājumā pirmais likums dod ΔU = −W_gas precīzi. Izskaidro, enerģijas saglabāšanās terminos, kāpēc izplešoša gāze, kas veic pozitīvu darbu, ir jāatdziest, kad tā nevar uzņemt siltumu.

5 · Paplašina

  1. Aerosola balons šķiet auksts, gāzei izskrejot un ātri izplešoties — pārāk ātri, lai apmainītu daudz siltuma ar apkārtni. Izskaidro, kāpēc šis ir īsts (kaut nepilnīgs) adiabātiskās dzesēšanas piemērs.
  2. Salīdzini savas galīgās temperatūras šeit ar to, ko izotermiskās saspiešanas reversais (izotermiska izplešanās) dotu tai pašai tilpuma izmaiņai: izotermiskā notur T nemainīgu, bet šis adiabātiskais gadījums nē. Kāpēc siltuma apmaiņas pieņēmuma noņemšana maina iznākumu?

Fizika aiz šī eksperimenta

Adiabātisks procesu

Bez siltuma apmaiņas (Q = 0) pirmais likums vienkāršojas līdz ΔU = −W_gas: izplešoša gāze var veikt darbu tikai tērējot savu iekšējo enerģiju, tāpēc tai jāatdziest. Spiediens un tilpums seko P·V^γ = konstante.

← Atpakaļ pie eksperimenta

Termodinamika

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas