Thermodynamica
adiabatische uitzetting
Expandeer zonder warmtewisseling: het gas koelt af.
adiabatische uitzetting — interactieve Thermodynamica-simulatie. Expandeer zonder warmtewisseling: het gas koelt af. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
adiabatische uitzetting
Zet uit zonder warmte-uitwisseling: het gas koelt af.
In een adiabatisch proces is Q = 0, dus uitzetarbeid put de inwendige energie van het gas uit. Moleculen vertragen, de temperatuur zakt, en het P–V-pad is steiler dan een isotherm omdat er geen warmte binnenkomt om de druk in stand te houden.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
Onderzoeksnota
Plan de vraag voordat je het lab opent
De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.
Leidende vraag
Een gas zet snel uit, zonder tijd om warmte uit te wisselen met zijn omgeving (adiabatisch). Verandert de temperatuur van het gas, ook al komt er geen warmte binnen of gaat er geen verloren?
Voorspellingen om te wegen
- Het gas koelt af — het verricht arbeid op zijn omgeving met zijn eigen inwendige energie.
- De temperatuur blijft gelijk, want er wordt geen warmte uitgewisseld.
- Het gas warmt op terwijl het uitzet.
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Eindvolume V₂ (L)
Wat je meet:
- Arbeid verricht door het gas W_gas (J)
- Eindtemperatuur T₂ (K)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling adiabatic-expansion en druk op Herstel. 1 mol tweeatomige stikstof (f = 5) start bij 24,9 L, 300 K.
- Zet de aflezing van de eindtemperatuur op de kamer aan.
- Stel voor elke meting het doel- (eind-)volume in en noteer de eindtemperatuur en de verrichte arbeid.
Leidende vergelijking
Adiabatisch proces — ΔU = Q − W
Zonder warmte-uitwisseling (Q = 0) reduceert de eerste hoofdwet tot ΔU = −W_gas: een uitzettend gas kan alleen arbeid verrichten door zijn eigen inwendige energie te besteden, dus het moet afkoelen. Druk en volume volgen P·V^γ = constant.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Reken voor één meting T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) uit met γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Reken daarna W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁) uit. Vergelijk beide met de tabel.
- Met Q = 0 in elke meting geeft de eerste hoofdwet exact ΔU = −W_gas. Leg, in termen van energiebehoud, uit waarom een uitzettend gas dat positieve arbeid verricht moet afkoelen als het geen warmte kan opnemen.
Waar dit buiten het lab opduikt
- Een spuitbus voelt koud aan terwijl het gas eruit stroomt en snel uitzet — te snel om veel warmte met de omgeving uit te wisselen. Leg uit waarom dit een echt (zij het onvolmaakt) voorbeeld van adiabatische afkoeling is.
- Vergelijk je eindtemperaturen hier met wat het omgekeerde van isotherme compressie (een isotherme uitzetting) bij dezelfde volumeverandering zou geven: isotherm houdt T constant, maar dit adiabatische geval niet. Waarom verandert de uitkomst als de aanname van warmte-uitwisseling wordt losgelaten?
- 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
- Welkom bij Adiabatische expansie
- Selecteer het vat
- Druk op Start
- Expansie zonder warmtestroom
- Open het eigenschappenpaneel
- Gelukt!
Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.