Termodynamikk
Isoterm ekspansjon — entropiendring
Reversibel isoterm ekspansjon: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Isoterm ekspansjon — entropiendring — interaktiv Termodynamikk-simulering. Reversibel isoterm ekspansjon: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Entropiendring
Reversibel isoterm ekspansjon: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Entropiendring måler hvor spredt energien blir. I en reversibel isoterm ekspansjon absorberer gassen varme Q mens temperaturen forblir fast, og entropien stiger fordi samme energi okkuperer et større volum med flere mikotilstander.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 isotermt og reversibelt til et større volum. Øker entropien dens, synker den, eller forblir den den samme?
Prediksjoner å veie
- Entropien synker etter hvert som gassen sprer seg ut.
- Entropien forblir konstant siden prosessen er reversibel.
- Entropien øker — gassen har flere mulige mikroskopiske arrangementer ved større volum.
Variabelroller
Hva du setter:
- Sluttvolum V₂ (L)
Hva du måler:
- Utvekslet varme Q (J)
- Entropiendring ΔS (J/K)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne entropi-isoterm-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. 1 mol argon starter ved 20 L, 300 K.
- Aktiver utvekslet-varme- og entropiendring-avlesningene.
- Sett mål(slutt)volumet for hvert forsøk, og registrer utvekslet varme og entropiendringen.
Styrende likning
Entropiendring i en reversibel isoterm prosess — ΔS = Q/T
For en reversibel isoterm ekspansjon tilsvarer entropiendringen utvekslet varme delt på den konstante temperaturen, som gir ΔS = nR·ln(V₂/V₁) for en idealgass — entropien vokser med logaritmen av volumforholdet.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn Q = nRT·ln(V₂/V₁) med n = 1 mol, R = 8,314 J/(mol·K), T = 300 K, deretter ΔS = Q/T (tilsvarende ΔS = nR·ln(V₂/V₁) direkte). Sammenlign begge med tabellen.
- Forklar hvorfor ΔS er positivt i hvert forsøk her, og hvorfor en større ekspansjon (større V₂) gir en større entropiøkning.
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Dette eksperimentet antar en reversibel (uendelig langsom) ekspansjon. En fri (ukontrollert) ekspansjon inn i vakuum til samme sluttvolum ville gi nøyaktig samme ΔS for gassen, selv om ingen varme i det hele tatt utveksles (Q = 0) og intet arbeid utføres. Forklar hvorfor entropi er en tilstandsfunksjon som ikke bryr seg om hvordan gassen kom fra V₁ til V₂.
- Andre lov sier at total entropi (gass pluss omgivelser) aldri kan synke for en ekte prosess. For denne reversible isoterme ekspansjonen mister omgivelsene (varmereservoaret som leverer Q) nøyaktig like mye entropi som gassen vinner. Forklar hvorfor det gjør den totale entropiendringen null — signaturen til en reversibel prosess.
- 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 Entropi isoterm
- Velg kammeret
- Trykk Spill av
- Entropi fra volumendring
- 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.