Termodinamika
Izotermna ekspanzija — sprememba entropije
Reverzibilna izotermna ekspanzija: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Izotermna ekspanzija — sprememba entropije — interaktivna simulacija Termodinamika. Reverzibilna izotermna ekspanzija: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Sprememba entropije
Reverzibilna izotermna ekspanzija: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Sprememba entropije meri, kako razprta postane energija. V reverzibilni izotermni ekspanziji plin vpije toploto Q, njegova temperatura pa ostane fiksna, entropija pa raste, ker ista energija zasede večjo prostornino z več mikrostanji.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 izotermno in reverzibilno širi na večjo prostornino. Ali njegova entropija naraste, pade ali ostane enaka?
Predvidevanja za pretehtanje
- Entropija pade, ko se plin razširi.
- Entropija ostane konstantna, ker je proces reverzibilen.
- Entropija naraste — plin ima več možnih mikroskopskih razporeditev pri večji prostornini.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Končna prostornina V₂ (L)
Kaj izmeriš:
- Izmenjana toplota Q (J)
- Sprememba entropije ΔS (J/K)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev entropy-isothermal in pritisni Ponastavi. 1 mol argona začne pri 20 L, 300 K.
- Omogoči odčitka izmenjane toplote in spremembe entropije.
- Nastavi ciljno (končno) prostornino za vsak poskus in zabeleži izmenjano toploto in spremembo entropije.
Vodilna enačba
Sprememba entropije v reverzibilnem izotermnem procesu — ΔS = Q/T
Za reverzibilno izotermno ekspanzijo je sprememba entropije enaka izmenjani toploti deljeni s konstantno temperaturo, kar izide v ΔS = nR·ln(V₂/V₁) za idealni plin — entropija raste z logaritmom razmerja prostornin.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za en poskus izračunaj Q = nRT·ln(V₂/V₁) z n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, nato ΔS = Q/T (enakovredno ΔS = nR·ln(V₂/V₁) neposredno). Primerjaj oba s tabelo.
- Razloži, zakaj je ΔS pozitiven v vsakem poskusu tu in zakaj večja ekspanzija (večji V₂) proizvede večji prirastek entropije.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Ta poskus privzema reverzibilno (neskončno počasno) ekspanzijo. Prosta (nenadzorovana) ekspanzija v vakuum na isto končno prostornino bi proizvedela natanko isti ΔS za plin, čeprav se nobena toplota ne izmenja (Q = 0) in nobeno delo ne opravi. Razloži, zakaj je entropija funkcija stanja, ki jo ne zanima, kako je plin prišel od V₁ do V₂.
- Drugi zakon pravi, da skupna entropija (plin plus okolica) nikoli ne more pasti za pravi proces. Za to reverzibilno izotermno ekspanzijo okolica (toplotni zalogovnik, ki daje Q) izgubi točno toliko entropije, kot plin pridobi. Razloži, zakaj to naredi skupno spremembo entropije nič — podpis reverzibilnega procesa.
- 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 izotermni entropiji
- Izberi komoro
- Pritisni Predvajaj
- Entropija iz spremembe prostornine
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →