Entropiendring i en reversibel isoterm ekspansjon

1 · Prediker

En gass utvider seg isotermt og reversibelt til et større volum. Øker entropien dens, synker den, eller forblir den den samme?

• 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.

2 · Oppsett

1. Åpne entropi-isoterm-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. 1 mol argon starter ved 20 L, 300 K.
2. Aktiver utvekslet-varme- og entropiendring-avlesningene.
3. Sett mål(slutt)volumet for hvert forsøk, og registrer utvekslet varme og entropiendringen.

3 · Samle inn data

Plott entropiendring ΔS (y-akse) mot ln(V₂/V₁) (x-akse) for dine tre forsøk, med V₁ = 0,02 m³.

4 · Analyser

1. 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.
2. Forklar hvorfor ΔS er positivt i hvert forsøk her, og hvorfor en større ekspansjon (større V₂) gir en større entropiøkning.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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.

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark