Termodinâmica
Expansão isotérmica — mudança de entropia
Expansão isotérmica reversível: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Expansão isotérmica — mudança de entropia — simulação interativa de Termodinâmica. Expansão isotérmica reversível: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.
Variação de entropia
Expansão isoterma reversível: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
A variação de entropia mede o quão dispersa a energia se torna. Em uma expansão isotérmica reversível, o gás absorve calor Q enquanto sua temperatura permanece fixa, e a entropia aumenta porque a mesma energia ocupa um volume maior com mais microestados.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 isotermicamente e reversivelmente para um volume maior. Sua entropia aumenta, diminui ou permanece a mesma?
Previsões para pesar
- A entropia diminui à medida que o gás se espalha.
- A entropia permanece constante porque o processo é reversível.
- A entropia aumenta – o gás tem mais arranjos microscópicos possíveis em volumes maiores.
Papéis variáveis
O que você definiu:
- Volume final V₂ (L)
O que você mede:
- Calor trocado Q (J)
- Variação de entropia ΔS (J/K)
Como funciona a investigação
- Abra o preset de entropia isotérmica e pressione Redefinir. 1 mol de argônio começa em 20 L, 300 K.
- Habilite as leituras de troca de calor e mudança de entropia.
- Defina o volume alvo (final) para cada ensaio e registre o calor trocado e a mudança de entropia.
Equação governante
Mudança de entropia em um processo isotérmico reversível — ΔS = Q/T
Para uma expansão isotérmica reversível, a mudança de entropia é igual ao calor trocado dividido pela temperatura constante, o que resulta em ΔS = nR·ln(V₂/V₁) para um gás ideal - a entropia cresce com o logaritmo da razão de volume.
O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam
- Para uma tentativa, calcule Q = nRT·ln(V₂/V₁) usando n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, então ΔS = Q/T (equivalentemente ΔS = nR·ln(V₂/V₁) diretamente). Compare ambos com a tabela.
- Explique por que ΔS é positivo em todas as tentativas aqui e por que uma expansão maior (V₂ maior) produz um aumento maior de entropia.
Onde isso aparece além do laboratório
- Este experimento assume uma expansão reversível (infinitamente lenta). Uma expansão livre (não controlada) no vácuo para o mesmo volume final produziria exatamente o mesmo ΔS para o gás, mesmo que nenhum calor fosse trocado (Q = 0) e nenhum trabalho fosse realizado. Explique por que a entropia é uma função de estado que não se importa como o gás passou de V₁ para V₂.
- A segunda lei diz que a entropia total (gás mais ambiente) nunca pode diminuir num processo real. Para esta expansão isotérmica reversível, a vizinhança (o reservatório de calor que fornece Q) perde exatamente tanta entropia quanto o gás ganha. Explique por que isso faz com que a entropia total mude para zero – a assinatura de um processo reversível.
- 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 entropia isotérmica
- Selecione a câmara
- Pressione Reproduzir
- entropia por mudança de volume
- 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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