Adiabatisk ekspansjon: nedkjøling uten å tape varme

1 · Prediker

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?

• 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.

2 · Oppsett

1. Åpne adiabatisk-ekspansjon-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. 1 mol diatomisk nitrogen (f = 5) starter ved 24,9 L, 300 K.
2. Aktiver slutttemperatur-avlesningen på kammeret.
3. Sett mål(slutt)volumet for hvert forsøk, og registrer slutttemperaturen og det utførte arbeidet.

3 · Samle inn data

Plott slutttemperatur T₂ (y-akse) mot sluttvolum V₂ (x-akse) for dine tre forsøk. Krummer linjen nedover?

4 · Analyser

1. 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.
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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?

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark