Termodynamika
Rozprężanie izotermiczne — zmiana entropii
Odwracalne rozprężanie izotermiczne: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Rozprężanie izotermiczne — zmiana entropii — interaktywna symulacja: Termodynamika. Odwracalne rozprężanie izotermiczne: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Zmiana entropii
Odwracalne rozprężanie izotermiczne: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Zmiana entropii mierzy, jak bardzo energia się rozprasza. W odwracalnym rozprężaniu izotermicznym gaz pochłania ciepło Q przy stałej temperaturze, a entropia rośnie, bo ta sama energia zajmuje większą objętość o więcej mikrostanów.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 izotermicznie i odwracalnie do większej objętości. Czy jego entropia rośnie, maleje czy pozostaje ta sama?
Prognozy do rozważenia
- Entropia maleje, gdy gaz się rozprasza.
- Entropia pozostaje stała, bo przemiana jest odwracalna.
- Entropia rośnie — gaz ma więcej możliwych mikroskopowych układów przy większej objętości.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Objętość końcowa V₂ (L)
Co mierzysz:
- Wymienione ciepło Q (J)
- Zmiana entropii ΔS (J/K)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset entropii izotermicznej i naciśnij Reset. 1 mol argonu startuje od 20 L, 300 K.
- Włącz odczyty wymienionego ciepła i zmiany entropii.
- Ustaw objętość docelową (końcową) dla każdej próby, i zapisz wymienione ciepło i zmianę entropii.
Równanie rządzące
Zmiana entropii w odwracalnym procesie izotermicznym — ΔS = Q/T
Dla odwracalnego rozprężania izotermicznego zmiana entropii równa się wymienionemu ciepłu podzielonemu przez stałą temperaturę, co dla gazu doskonałego daje ΔS = nR·ln(V₂/V₁) — entropia rośnie z logarytmem stosunku objętości.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz Q = nRT·ln(V₂/V₁), używając n = 1 mol; R = 8.314 J/(mol·K); T = 300 K, a potem ΔS = Q/T (równoważnie od razu ΔS = nR·ln(V₂/V₁)). Porównaj obie wartości z tabelą.
- Wyjaśnij, dlaczego ΔS jest dodatnie w każdej próbie i dlaczego większe rozprężenie (większe V₂) daje większy wzrost entropii.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Ten eksperyment zakłada odwracalne (nieskończenie wolne) rozprężanie. Swobodne (niekontrolowane) rozprężenie do próżni do tej samej objętości końcowej dałoby gazowi dokładnie tę samą ΔS, choć nie ma żadnej wymiany ciepła (Q = 0) i nie wykonano pracy. Wyjaśnij, dlaczego entropia jest funkcją stanu, której nie obchodzi, jak gaz przeszedł z V₁ do V₂.
- Druga zasada mówi, że całkowita entropia (gaz plus otoczenie) nigdy nie może maleć w prawdziwym procesie. Dla tego odwracalnego rozprężania izotermicznego otoczenie (zbiornik dostarczający Q) traci dokładnie tyle entropii, ile gaz zyskuje. Wyjaśnij, dlaczego to czyni całkowitą zmianę entropii zerową — sygnaturę procesu odwracalnego.
- 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 entropii izotermicznej
- Zaznacz komorę
- Naciśnij Play
- Entropia ze zmiany objętości
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →