Термодинамика
Изотермическое расширение — изменение энтропии
Обратимое изотермическое расширение: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Изотермическое расширение — изменение энтропии — интерактивная симуляция (Термодинамика). Обратимое изотермическое расширение: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Изменение энтропии
Обратимое изотермическое расширение: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Изменение энтропии измеряет, насколько размазывается энергия. При обратимом изотермическом расширении газ поглощает теплоту Q при фиксированной температуре, и энтропия растёт, потому что та же энергия занимает больший объём с большим числом микросостояний.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 изотермически и обратимо расширяется до большего объёма. Его энтропия растёт, убывает или остаётся той же?
Прогнозы для взвешивания
- Энтропия убывает по мере растекания газа.
- Энтропия постоянна, раз процесс обратим.
- Энтропия растёт — у газа больше возможных микроскопических размещений при большем объёме.
Роли переменных
Что вы задали:
- Конечный объём V₂ (L)
Что вы измеряете:
- Обменённая теплота Q (J)
- Изменение энтропии ΔS (J/K)
Как идёт исследование
- Откройте пресет изотермической энтропии и нажмите «Сброс». 1 mol аргона стартует при 20 L, 300 K.
- Включите показания обменённой теплоты и изменения энтропии.
- Задайте целевой (конечный) объём для каждой пробы и запишите обменённую теплоту и изменение энтропии.
Определяющее уравнение
Изменение энтропии в обратимом изотермическом процессе — ΔS = Q/T
Для обратимого изотермического расширения изменение энтропии равно переданному теплу, делённому на постоянную температуру, что для идеального газа даёт ΔS = nR·ln(V₂/V₁) — энтропия растёт с логарифмом отношения объёмов.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите Q = nRT·ln(V₂/V₁), используя n = 1 моль; R = 8.314 Дж/(моль·К); T = 300 K, затем ΔS = Q/T (эквивалентно сразу ΔS = nR·ln(V₂/V₁)). Сравните оба значения с таблицей.
- Объясните, почему ΔS положительна в каждой пробе здесь и почему большее расширение (больший V₂) даёт больший рост энтропии.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Этот эксперимент предполагает обратимое (бесконечно медленное) расширение. Свободное (неконтролируемое) расширение в вакуум до того же конечного объёма дало бы газу ровно ту же ΔS, хотя теплообмена нет вовсе (Q = 0) и работа не совершается. Объясните, почему энтропия — функция состояния, которой безразлично, как газ перешёл из V₁ в V₂.
- Второе начало говорит, что суммарная энтропия (газ плюс окружение) не может убывать для реального процесса. Для этого обратимого изотермического расширения окружение (резервуар, отдающий Q) теряет ровно столько энтропии, сколько получает газ. Объясните, почему это делает полное изменение энтропии нулевым — признак обратимого процесса.
- 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 к энтропии на изотерме
- Выберите камеру
- Нажмите Play
- Энтропия из изменения объёма
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →