Zmena entropie pri vratnom izotermickom rozpínaní

1 · Predikuj

Plyn sa rozpína izotermicky a vratne na väčší objem. Zvýši sa jeho entropia, zníži alebo zostane rovnaká?

• Entropia klesá, keď sa plyn rozptyľuje.
• Entropia zostáva konštantná, pretože proces je vratný.
• Entropia rastie — plyn má pri väčšom objeme viac možných mikroskopických usporiadaní.

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu izotermická entropia a stlač Resetovať. 1 mol argónu začína na 20 L, 300 K.
2. Zapni odčítania vymieňaného tepla a zmeny entropie.
3. Nastav cieľový (konečný) objem pre každý pokus a zaznamenaj vymieňané teplo a zmenu entropie.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj zmenu entropie ΔS (os y) verzus ln(V₂/V₁) (os x) pre svoje tri pokusy, s V₁ = 0.02 m³.

4 · Analyzuj

1. 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.
2. Vysvetli, prečo ΔS je kladné v každom pokuse tu a prečo väčšie rozpínanie (väčšie V₂) produkuje väčší nárast entropie.

5 · Rozšír

1. 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.
2. 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.

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky