Termodynamika
Izotermické rozpínanie — zmena entropie
Vratné izotermické rozpínanie: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Izotermické rozpínanie — zmena entropie — interaktívna simulácia Termodynamika. Vratné izotermické rozpínanie: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Zmena entropie
Vratné izotermické rozpínanie: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Zmena entropie meria, ako rozptýlene sa energia stáva. Pri vratnom izotermickom rozpínaní plyn prijíma teplo Q, kým jeho teplota zostáva pevná, a entropia stúpa, pretože rovnaká energia zaberá väčší objem s väčším počtom mikrostavov.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 izotermicky a vratne na väčší objem. Zvýši sa jeho entropia, zníži alebo zostane rovnaká?
Predikcie na zváženie
- Entropia klesá, keď sa plyn rozptyľuje.
- Entropia zostáva konštantná, pretože proces je vratný.
- Entropia rastie — plyn má pri väčšom objeme viac možných mikroskopických usporiadaní.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Konečný objem V₂ (L)
Čo meriaš:
- Vymieňané teplo Q (J)
- Zmena entropie ΔS (J/K)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu izotermická entropia a stlač Resetovať. 1 mol argónu začína na 20 L, 300 K.
- Zapni odčítania vymieňaného tepla a zmeny entropie.
- Nastav cieľový (konečný) objem pre každý pokus a zaznamenaj vymieňané teplo a zmenu entropie.
Riadiaca rovnica
Zmena entropie pri vratnom izotermickom procese — ΔS = Q/T
Pre vratné izotermické rozpínanie sa zmena entropie rovná vymieňanému teplu delenému konštantnou teplotou, čo dáva ΔS = nR·ln(V₂/V₁) pre ideálny plyn — entropia rastie s logaritmom pomeru objemov.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj Q = nRT·ln(V₂/V₁) s n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, potom ΔS = Q/T (ekvivalentne ΔS = nR·ln(V₂/V₁) priamo). Porovnaj obe s tabuľkou.
- Vysvetli, prečo ΔS je kladné v každom pokuse tu a prečo väčšie rozpínanie (väčšie V₂) produkuje väčší nárast entropie.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Tento experiment predpokladá vratné (nekonečne pomalé) rozpínanie. Voľné (nekontrolované) rozpínanie do vákua na ten istý konečný objem by produktilo presne ten istý ΔS plynu, hoci sa nevymieňa žiadne teplo (Q = 0) a nekoná sa práca. Vysvetli, prečo entropia je stavová funkcia, ktorej nezáleží na tom, ako sa plyn dostal z V₁ do V₂.
- Druhý zákon hovorí, že celková entropia (plyn plus okolie) nemôže nikdy klesnúť pre skutočný proces. Pre toto vratné izotermické rozpínanie stráca okolie (tepelný zásobník dodávajúci Q) presne toľko entropie, koľko plyn získa. Vysvetli, prečo to dáva celkovú zmenu entropie nula — znak vratného procesu.
- 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 izotermickej entropii
- Vyber komoru
- Stlač Prehrať
- Entropia zo zmeny objemu
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →