Thermodynamica
Isotherme uitzetting — entropieverandering
Omkeerbare isotherme expansie: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Isotherme uitzetting — entropieverandering — interactieve Thermodynamica-simulatie. Omkeerbare isotherme expansie: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
Entropieverandering
Omkeerbare isotherme expansie: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Entropieverandering meet hoe verspreid energie wordt. Bij een omkeerbare isotherme expansie neemt het gas warmte Q op terwijl zijn temperatuur vast blijft, en de entropie stijgt omdat dezelfde energie een groter volume inneemt met meer microtoestanden.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 omkeerbaar en isotherm uit naar een groter volume. Neemt zijn entropie toe, af of blijft die gelijk?
Voorspellingen om te wegen
- De entropie neemt af als het gas zich verspreidt.
- De entropie blijft constant omdat het proces omkeerbaar is.
- De entropie neemt toe — het gas heeft meer mogelijke microscopische configuraties bij groter volume.
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Eindvolume V₂ (L)
Wat je meet:
- Uitgewisselde warmte Q (J)
- Entropieverandering ΔS (J/K)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling entropy-isothermal en druk op Herstel. 1 mol argon start bij 20 L, 300 K.
- Zet de aflezingen van uitgewisselde warmte en entropieverandering aan.
- Stel voor elke meting het doel- (eind-)volume in en noteer de uitgewisselde warmte en de entropieverandering.
Leidende vergelijking
Entropieverandering bij een omkeerbaar isotherm proces — ΔS = Q/T
Bij een omkeerbare isotherme uitzetting is de entropieverandering gelijk aan de uitgewisselde warmte gedeeld door de constante temperatuur, wat voor een ideaal gas neerkomt op ΔS = nR·ln(V₂/V₁) — entropie groeit met de logaritme van de volumeverhouding.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Reken voor één meting Q = nRT·ln(V₂/V₁) uit met n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K en daarna ΔS = Q/T (equivalent: rechtstreeks ΔS = nR·ln(V₂/V₁)). Vergelijk beide met de tabel.
- Leg uit waarom ΔS hier in elke meting positief is en waarom een grotere uitzetting (grotere V₂) een grotere entropietoename geeft.
Waar dit buiten het lab opduikt
- Dit experiment gaat uit van een omkeerbare (oneindig langzame) uitzetting. Een vrije (ongeregelde) uitzetting in vacuüm naar hetzelfde eindvolume zou exact dezelfde ΔS voor het gas geven, ook al wordt er helemaal geen warmte uitgewisseld (Q = 0) en wordt er geen arbeid verricht. Leg uit waarom entropie een toestandsfunctie is waar het niet toe doet hoe het gas van V₁ naar V₂ kwam.
- De tweede hoofdwet zegt dat de totale entropie (gas plus omgeving) voor een echt proces nooit kan afnemen. Bij deze omkeerbare isotherme uitzetting verliest de omgeving (het warmtereservoir dat Q levert) exact zoveel entropie als het gas wint. Leg uit waarom dat de totale entropieverandering nul maakt — het kenmerk van een omkeerbaar proces.
- 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 Entropie, isotherm
- Selecteer het vat
- Druk op Start
- Entropie uit volumeverandering
- 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.