Термодинамика
Адиабатное расширение
Расширение без теплообмена: газ охлаждается.
Адиабатное расширение — интерактивная симуляция (Термодинамика). Расширение без теплообмена: газ охлаждается. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Адиабатное расширение
Расширение без теплообмена: газ охлаждается.
В адиабатном процессе Q = 0, поэтому работа расширения истощает внутреннюю энергию газа. Молекулы замедляются, температура падает, а P–V путь идёт круче изотермы, потому что никакое тепло не входит и не поддерживает давление.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Газ расширяется быстро, без времени на теплообмен с окружением (адиабатно). Меняется ли температура газа, хотя теплота не входит и не выходит?
Прогнозы для взвешивания
- Газ охлаждается — он совершает работу над окружением за счёт собственной внутренней энергии.
- Температура остаётся той же: теплота не обменивается.
- Газ нагревается при расширении.
Роли переменных
Что вы задали:
- Конечный объём V₂ (L)
Что вы измеряете:
- Работа газа W_gas (J)
- Конечная температура T₂ (K)
Как идёт исследование
- Откройте пресет adiabatic-expansion и нажмите «Сброс». 1 моль двухатомного азота (f = 5) начинает при 24.9 л и 300 K.
- Включите показание конечной температуры на камере.
- Задайте целевой (конечный) объём для каждой пробы и запишите конечную температуру и совершённую работу.
Определяющее уравнение
Адиабатный процесс — ΔU = Q − W
При отсутствии теплообмена (Q = 0) первое начало сводится к ΔU = −W_gas: расширяющийся газ может совершать работу только за счёт собственной внутренней энергии, поэтому он обязан охлаждаться. Давление и объём следуют соотношению P·V^γ = const.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1), используя γ = (f+2)/f = 1.4; T₁ = 300 K; V₁ = 24.9 л. Затем вычислите W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Сравните оба значения с таблицей.
- Так как Q = 0 в каждой пробе, первое начало даёт ровно ΔU = −W_gas. Объясните с точки зрения сохранения энергии, почему расширяющийся газ, совершающий положительную работу, обязан охлаждаться, когда ему нечем компенсировать потерю тепла.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Аэрозольный баллончик холодеет, когда газ вырывается и резко расширяется — слишком быстро, чтобы обменяться заметной теплотой с окружением. Объясните, почему это реальный (хоть и неидеальный) пример адиабатного охлаждения.
- Сравните ваши конечные температуры с тем, что дало бы обратное изотермического сжатия (изотермическое расширение) при том же изменении объёма: изотерма держит T постоянной, а этот адиабатный случай — нет. Почему снятие предположения о теплообмене меняет итог?
- 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
- Добро пожаловать в адиабатное расширение
- Выберите камеру
- Нажмите Play
- Расширение без теплопотока
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →