Adiabatische uitzetting: afkoelen zonder warmte te verliezen

1 · Voorspel

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?

• 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.

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling adiabatic-expansion en druk op Herstel. 1 mol tweeatomige stikstof (f = 5) start bij 24,9 L, 300 K.
2. Zet de aflezing van de eindtemperatuur op de kamer aan.
3. Stel voor elke meting het doel- (eind-)volume in en noteer de eindtemperatuur en de verrichte arbeid.

3 · Verzamel gegevens

Zet voor je drie metingen de eindtemperatuur T₂ (y-as) uit tegen het eindvolume V₂ (x-as). Buigt de lijn naar beneden?

4 · Analyseer

1. 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.
2. 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.

5 · Verdiep

1. 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.
2. 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?

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde