Termodinâmica
Expansão adiabática
Expanda sem troca de calor: o gás esfria.
Expansão adiabática — simulação interativa de Termodinâmica. Expanda sem troca de calor: o gás esfria. Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.
Expansão adiabática
Expanda sem troca de calor: o gás esfria.
Em um processo adiabático Q = 0, então o trabalho de expansão drena energia interna do gás. As moléculas desaceleram, a temperatura cai, e o caminho P–V é mais íngreme que uma isoterma porque nenhum calor entra para sustentar a pressão.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
Resumo da investigação
Planeje a pergunta antes de abrir o laboratório
O resumo espelha a página pré-renderizada: a pergunta orientadora, as previsões concorrentes, os papéis das variáveis, as leis governantes, a configuração e os prompts de análise e extensão permanecem visíveis e nesta ordem.
Pergunta de direção
Um gás se expande rapidamente, sem tempo para trocar calor com o ambiente (adiabático). A temperatura do gás muda mesmo que nenhum calor entre ou saia?
Previsões para pesar
- O gás esfria – ele realiza trabalho no ambiente usando sua própria energia interna.
- A temperatura permanece a mesma, pois não há troca de calor.
- O gás aquece à medida que se expande.
Papéis variáveis
O que você definiu:
- Volume final V₂ (L)
O que você mede:
- Trabalho realizado pelo gás W_gas (J)
- Temperatura final T₂ (K)
Como funciona a investigação
- Abra o preset de expansão adiabática e pressione Redefinir. 1 mol de nitrogênio diatômico (f = 5) começa em 24.9 L, 300 K.
- Habilite a leitura da temperatura final na câmara.
- Defina o volume alvo (final) para cada ensaio e registre a temperatura final e o trabalho realizado.
Equação governante
Processo Adiabático — ΔU = Q − W
Sem troca de calor (Q = 0), a primeira lei se reduz a ΔU = −W_gas: um gás em expansão só pode realizar trabalho gastando sua própria energia interna, por isso deve esfriar. Pressão e volume seguem P·V^γ = constante.
O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam
- Para uma tentativa, calcule T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) usando γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Em seguida, calcule W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Compare ambos com a tabela.
- Com Q = 0 em cada tentativa, a primeira lei fornece exatamente ΔU = −W_gas. Explique, em termos de conservação de energia, por que um gás em expansão que realiza trabalho positivo deve esfriar quando não consegue absorver calor.
Onde isso aparece além do laboratório
- Uma lata de aerossol parece fria à medida que o gás sai e se expande rapidamente – rápido demais para trocar muito calor com o ambiente. Explique por que este é um exemplo real (embora imperfeito) de resfriamento adiabático.
- Compare suas temperaturas finais aqui com o que o reverso da compressão isotérmica (uma expansão isotérmica) daria para a mesma mudança de volume: isotérmico mantém T constante, mas este caso adiabático não. Por que a remoção da suposição de troca de calor altera o resultado?
- 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
- Bem-vindo à expansão adiabática
- Selecione a câmara
- Pressione Reproduzir
- Expansão sem fluxo de calor
- Abra o Inspetor
- Você conseguiu!
Abra a simulação interativa para construir a cena, pressione Reproduzir e explore com medições em tempo real e um tutorial guiado.
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