Termodynamika
Rozprężanie adiabatyczne
Rozprężanie bez wymiany ciepła: gaz się chłodzi.
Rozprężanie adiabatyczne — interaktywna symulacja: Termodynamika. Rozprężanie bez wymiany ciepła: gaz się chłodzi. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Rozprężanie adiabatyczne
Rozprężanie bez wymiany ciepła: gaz się chłodzi.
W procesie adiabatycznym Q = 0, więc praca rozprężania osusza energię wewnętrzną gazu. Cząsteczki zwalniają, temperatura spada, a ścieżka P–V jest stroma niż izoterma, bo żadne ciepło nie wpływa, by podtrzymać ciśnienie.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Gaz rozpręża się szybko, bez czasu na wymianę ciepła z otoczeniem (adiabatycznie). Czy temperatura gazu się zmienia, choć żadne ciepło nie wchodzi ani nie wychodzi?
Prognozy do rozważenia
- Gaz się chłodzi — wykonuje pracę na otoczeniu kosztem własnej energii wewnętrznej.
- Temperatura pozostaje ta sama, bo nie wymienia się ciepła.
- Gaz się grzeje w rozprężaniu.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Objętość końcowa V₂ (L)
Co mierzysz:
- Praca gazu W_gas (J)
- Temperatura końcowa T₂ (K)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset adiabatic-expansion i naciśnij Reset. 1 mol dwuatomowego azotu (f = 5) startuje przy 24.9 l i 300 K.
- Włącz odczyt temperatury końcowej na komorze.
- Ustaw objętość docelową (końcową) dla każdej próby, i zapisz temperaturę końcową i wykonaną pracę.
Równanie rządzące
Przemiana adiabatyczna — ΔU = Q − W
Przy braku wymiany ciepła (Q = 0) pierwsza zasada redukuje się do ΔU = −W_gas: rozprężający się gaz może wykonywać pracę tylko kosztem własnej energii wewnętrznej, więc musi się ochładzać. Ciśnienie i objętość podlegają zależności P·V^γ = const.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1), używając γ = (f+2)/f = 1.4; T₁ = 300 K; V₁ = 24.9 l. Następnie oblicz W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Porównaj obie wartości z tabelą.
- Ponieważ Q = 0 w każdej próbie, pierwsza zasada daje dokładnie ΔU = −W_gas. Wyjaśnij w kategoriach zachowania energii, dlaczego rozprężający się gaz wykonujący pracę dodatnią musi się ochładzać, gdy nie może pobrać ciepła.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Puszka aerozolu jest chłodna w dotyku, gdy gaz wybiega i szybko się rozpręża — za szybko, by wymienić dużo ciepła z otoczeniem. Wyjaśnij, dlaczego to prawdziwy (choć niedoskonały) przykład chłodzenia adiabatycznego.
- Porównaj swoje temperatury końcowe z tym, co dałoby odwrotnieństwo sprężania izotermicznego (rozprężanie izotermiczne) dla tej samej zmiany objętości: izotermiczne utrzymuje T stałe, a ten przypadek adiabatyczny nie. Dlaczego usunięcie założenia wymiany ciepła zmienia wynik?
- 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
- Witamy w rozprężaniu adiabatycznym
- Zaznacz komorę
- Naciśnij Play
- Rozprężanie bez przepływu ciepła
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →