Adiabatické rozpínanie: chladnutie bez straty tepla

1 · Predikuj

Plyn sa rozpína rýchlo, bez času na výmenu tepla s okolím (adiabaticky). Zmení sa teplota plynu, hoci žiadne teplo nevchádza ani nevychádza?

• Plyn sa ochladí — koná prácu na okolí pomocou vlastnej vnútornej energie.
• Teplota zostáva rovnaká, pretože sa nevymieňa teplo.
• Plyn sa zohreje, keď sa rozpína.

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu adiabatické rozpínanie a stlač Resetovať. 1 mol dvojatómového dusíka (f = 5) začína na 24.9 L, 300 K.
2. Zapni odčítanie konečnej teploty na komore.
3. Nastav cieľový (konečný) objem pre každý pokus a zaznamenaj konečnú teplotu a vykonanú prácu.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj konečnú teplotu T₂ (os y) verzus konečný objem V₂ (os x) pre svoje tri pokusy. Krivka sa ohýba nadol?

4 · Analyzuj

1. 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.
2. 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.

5 · Rozšír

1. 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.
2. 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?

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky