Destindere adiabatică: răcire fără pierdere de căldură

1 · Prezice

Un gaz se destinde repede, fără timp să facă schimb de căldură cu mediul (adiabatic). Se schimbă temperatura gazului, deși nicio căldură nu intră sau iese?

• Gazul se răcește — face lucru mecanic asupra mediului folosindu-și propria energie internă.
• Temperatura rămâne aceeași, pentru că nu se face schimb de căldură.
• Gazul se încălzește pe măsură ce se destinde.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea destinderii adiabatice și apasă Resetează. 1 mol de azot diatomic (f = 5) pornește la 24.9 L, 300 K.
2. Activează citirea temperaturii finale pe cameră.
3. Setează volumul țintă (final) pentru fiecare încercare și înregistrează temperatura finală și lucrul mecanic făcut.

3 · Colectează date

Plotează temperatura finală T₂ (axa y) în funcție de volumul final V₂ (axa x) pentru cele trei încercări. Se curbează linia în jos?

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) folosind γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Apoi calculează W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Compară ambele cu tabelul.
2. Cu Q = 0 în fiecare încercare, prima lege dă ΔU = −W_gas exact. Explică, în termeni de conservare a energiei, de ce un gaz care se destinde și face lucru mecanic pozitiv trebuie să se răcească atunci când nu poate trage căldură.

5 · Extinde

1. Un spray cu aerosoli se simte rece pe măsură ce gazul iese și se destinde rapid — prea repede pentru a face schimb de multă căldură cu mediul. Explică de ce acesta este un exemplu real (deși imperfect) de răcire adiabatică.
2. Compară temperaturile tale finale aici cu ce ar da inversul compresiei izoterme (o destindere izotermă) pentru aceeași schimbare de volum: izoterm menține T constant, dar cazul adiabatic acesta nu. De ce schimbă rezultatul eliminarea presupunerii de schimb de căldură?

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit