Termodynamika
Adiabatické rozpínanie
Rozpínaj bez výmeny tepla: plyn sa ochladzuje.
Adiabatické rozpínanie — interaktívna simulácia Termodynamika. Rozpínaj bez výmeny tepla: plyn sa ochladzuje. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Adiabatické rozpínanie
Rozpínaj bez výmeny tepla: plyn sa ochladzuje.
V adiabatickom procese Q = 0, takže práca rozpínania odčerpáva vnútornú energiu plynu. Molekuly spomaľujú, teplota klesá a dráha P–V je strmšia než izoterma, pretože žiadne teplo neprúdi na udržanie tlaku.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = konšt
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Plyn sa rozpína rýchlo, bez času na výmenu tepla s okolím (adiabaticky). Zmení sa teplota plynu, hoci žiadne teplo nevchádza ani nevychádza?
Predikcie na zváženie
- Plyn sa ochladí — koná prácu na okolí pomocou vlastnej vnútornej energie.
- Teplota zostáva rovnaká, pretože sa nevymieňa teplo.
- Plyn sa zohreje, keď sa rozpína.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Konečný objem V₂ (L)
Čo meriaš:
- Práca vykonaná plynom W_gas (J)
- Konečná teplota T₂ (K)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu adiabatické rozpínanie a stlač Resetovať. 1 mol dvojatómového dusíka (f = 5) začína na 24.9 L, 300 K.
- Zapni odčítanie konečnej teploty na komore.
- Nastav cieľový (konečný) objem pre každý pokus a zaznamenaj konečnú teplotu a vykonanú prácu.
Riadiaca rovnica
Adiabatický proces — ΔU = Q − W
Bez vymieňaného tepla (Q = 0) sa prvý zákon redukuje na ΔU = −W_gas: rozpínajúci sa plyn môže konať prácu len míňaním vlastnej vnútornej energie, takže sa musí ochladiť. Tlak a objem nasledujú P·V^γ = konštanta.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) s γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Potom vypočítaj W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Porovnaj obe s tabuľkou.
- S Q = 0 v každom pokuse prvý zákon dáva presne ΔU = −W_gas. Vysvetli v termínoch zachovania energie, prečo rozpínajúci sa plyn, ktorý koná kladnú prácu, sa musí ochladiť, keď nemôže čerpať teplo.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Aerosolový sprej sa cíti studený, keď z neho uniká plyn a rýchlo sa rozpína — príliš rýchlo na výmenu veľa tepla s okolím. Vysvetli, prečo je to reálny (hoci nedokonalý) príklad adiabatického chladnutia.
- Porovnaj svoje konečné teploty tu s tým, čo by dal opak izotermického stláčania (izotermické rozpínanie) pri tej istej zmene objemu: izotermické drží T konštantné, ale tento adiabatický prípad nie. Prečo zmena predpokladu výmeny tepla mení výsledok?
- 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
- Vitaj pri adiabatickom rozpínaní
- Vyber komoru
- Stlač Prehrať
- Rozpínanie bez toku tepla
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →