Entropieverandering bij een omkeerbare isotherme uitzetting

1 · Voorspel

Een gas zet omkeerbaar en isotherm uit naar een groter volume. Neemt zijn entropie toe, af of blijft die gelijk?

• 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.

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling entropy-isothermal en druk op Herstel. 1 mol argon start bij 20 L, 300 K.
2. Zet de aflezingen van uitgewisselde warmte en entropieverandering aan.
3. Stel voor elke meting het doel- (eind-)volume in en noteer de uitgewisselde warmte en de entropieverandering.

3 · Verzamel gegevens

Zet voor je drie metingen de entropieverandering ΔS (y-as) uit tegen ln(V₂/V₁) (x-as), met V₁ = 0.02 m³.

4 · Analyseer

1. 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.
2. Leg uit waarom ΔS hier in elke meting positief is en waarom een grotere uitzetting (grotere V₂) een grotere entropietoename geeft.

5 · Verdiep

1. 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.
2. 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.

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde