Termodinamika
Adiabatna ekspanzija
Širi brez izmenjave toplote: plin se ohladi.
Adiabatna ekspanzija — interaktivna simulacija Termodinamika. Širi brez izmenjave toplote: plin se ohladi. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Adiabatna ekspanzija
Širi brez izmenjave toplote: plin se ohladi.
V adiabatnem procesu je Q = 0, zato delo širjenja odvzame notranjo energijo plinu. Molekule upočasnijo, temperatura pade, pot P–V pa je bolj strma kot izoterma, ker nobena toplota ne vstopi, da bi podprla tlak.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = konst.
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Plin se hitro širi, brez časa za izmenjavo toplote z okolico (adiabatno). Ali se temperatura plina spremeni, čeprav nobena toplota ne vstopi ali izstopi?
Predvidevanja za pretehtanje
- Plin se ohladi — opravi delo na svoji okolici z lastno notranjo energijo.
- Temperatura ostane enaka, ker se toplota ne izmenjuje.
- Plin se segreva, ko se širi.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Končna prostornina V₂ (L)
Kaj izmeriš:
- Delo, ki ga je opravil plin W_gas (J)
- Končna temperatura T₂ (K)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev adiabatic-expansion in pritisni Ponastavi. 1 mol dvoatomskoga dušika (f = 5) začne pri 24,9 L, 300 K.
- Omogoči odčitek končne temperature na komori.
- Nastavi ciljno (končno) prostornino za vsak poskus in zabeleži končno temperaturo in opravljeno delo.
Vodilna enačba
Adiabaten proces — ΔU = Q − W
Brez izmenjane toplote (Q = 0) se prvi zakon poenostavi v ΔU = −W_gas: razširjajoč plin lahko opravi delo le s porabo lastne notranje energije, zato se mora ohladiti. Tlak in prostornina sledita P·V^γ = konstanta.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za en poskus izračunaj T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) z γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Nato izračunaj W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Primerjaj oba s tabelo.
- S Q = 0 v vsakem poskusu prvi zakon da ΔU = −W_gas točno. Z ohranitvijo energije razloži, zakaj se razširjajoč plin, ki opravi pozitivno delo, mora ohladiti, ko ne more vleči toplote.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Aerosolni pršilnik je hladen na dotik, ker plin uhaja in se hitro širi — prehitro, da bi izmenjal veliko toplote z okolico. Razloži, zakaj je to resničen (čeprav nepopoln) primer adiabatnega ohlajanja.
- Primerjaj svoje končne temperature tu s tem, kar bi dala obratna stran isothermal-compression (izotermna ekspanzija) za isto spremembo prostornine: izotermna drži T konstantno, ta adiabatni primer pa ne. Zakaj odstranitev predpostavke o izmenjavi toplote spremeni izid?
- 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
- Dobrodošli pri adiabatni ekspanziji
- Izberi komoro
- Pritisni Predvajaj
- Ekspanzija brez toplotnega toka
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →