Termodynamikk
Adiabatisk ekspansjon
Utvid uten varmeutveksling: gassen kjøles ned.
Adiabatisk ekspansjon — interaktiv Termodynamikk-simulering. Utvid uten varmeutveksling: gassen kjøles ned. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Adiabatisk ekspansjon
Utvid uten varmeutveksling: gassen kjøles ned.
I en adiabatisk prosess er Q = 0, så ekspansjonsarbeidet tapper den indre energien fra gassen. Molekylene senker farten, temperaturen synker, og P–V-banen er brattere enn en isoterm fordi ingen varme kommer inn for å holde trykket oppe.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
En gass utvider seg raskt, uten tid til å utveksle varme med omgivelsene (adiabatisk). Endrer gassens temperatur seg selv om ingen varme kommer inn eller ut?
Prediksjoner å veie
- Gassen kjøles ned — den utfører arbeid på omgivelsene med sin egen indre energi.
- Temperaturen forblir den samme, siden ingen varme utveksles.
- Gassen varmes opp mens den utvider seg.
Variabelroller
Hva du setter:
- Sluttvolum V₂ (L)
Hva du måler:
- Arbeid utført av gass W_gas (J)
- Slutttemperatur T₂ (K)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne adiabatisk-ekspansjon-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. 1 mol diatomisk nitrogen (f = 5) starter ved 24,9 L, 300 K.
- Aktiver slutttemperatur-avlesningen på kammeret.
- Sett mål(slutt)volumet for hvert forsøk, og registrer slutttemperaturen og det utførte arbeidet.
Styrende likning
Adiabatisk prosess — ΔU = Q − W
Uten varmeutveksling (Q = 0) reduseres første lov til ΔU = −W_gas: en ekspanderende gass kan bare utføre arbeid ved å bruke opp sin egen indre energi, så den må kjøles. Trykk og volum følger P·V^γ = konstant.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) med γ = (f+2)/f = 1,4, T₁ = 300 K, V₁ = 24,9 L. Beregn deretter W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Sammenlign begge med tabellen.
- Med Q = 0 i hvert forsøk gir første loven ΔU = −W_gas nøyaktig. Forklar, i termer av energibevaring, hvorfor en ekspanderende gass som utfører positivt arbeid må kjøles ned når den ikke kan hente inn varme.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- En sprayboks føles kald etter hvert som gassen strømmer ut og utvider seg raskt — for raskt til å utveksle mye varme med omgivelsene. Forklar hvorfor dette er et ekte (om enn uperfekt) eksempel på adiabatisk nedkjøling.
- Sammenlign slutttemperaturene dine her med hva isoterm-kompresjonens revers (en isoterm ekspansjon) ville gitt for samme volumendring: isotermt holder T konstant, men dette adiabatiske tilfellet gjør det ikke. Hvorfor endrer fjerning av varmeutvekslingsantakelsen utfallet?
- 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
- Velkommen til Adiabatisk ekspansjon
- Velg kammeret
- Trykk Spill av
- Ekspansjon uten varmestrøm
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.