Termodynamik
adiabatisk expansion
Expandera utan värmeutbyte: gasen kyls av.
adiabatisk expansion — interaktiv Termodynamik-simulering. Expandera utan värmeutbyte: gasen kyls av. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
adiabatisk expansion
Expandera utan värmeutbyte: gasen kyls ned.
I en adiabatisk process är Q = 0, så expansionsarbetet dränerar gasens inre energi. Molekylerna saktar in, temperaturen sjunker, och P–V-vägen är brantare än en isoterm eftersom ingen värme tillförs för att upprätthålla trycket.
- Q = 0
- TV^(γ−1) = const
Undersökningsblad
Planera frågan innan du öppnar labbet
Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.
Drivande fråga
En gas expanderar snabbt, utan tid att utbyta värme med sin omgivning (adiabatisk). Ändras gasens temperatur även om ingen värme tillförs eller lämnar den?
Förutsägelser att väga
- Gasen kyls av — den utför arbete på sin omgivning med sin egen inre energi.
- Temperaturen förblir densamma, eftersom ingen värme utbyts.
- Gasen värms upp när den expanderar.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Slutvolym V₂ (L)
Det du mäter:
- Arbete utfört av gasen W_gas (J)
- Sluttemperatur T₂ (K)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Adiabatisk expansion och tryck på Återställ. 1 mol tvåatomigt kväve (f = 5) startar vid 24.9 L, 300 K.
- Aktivera avläsningen av sluttemperaturen på kammaren.
- Ställ in målvolymen (slutvolymen) för varje försök, och notera sluttemperaturen och det utförda arbetet.
Styrande ekvation
Adiabatisk process — ΔU = Q − W
Utan värmeutbyte (Q = 0) reduceras första huvudsatsen till ΔU = −W_gas: en expanderande gas kan bara utföra arbete genom att förbruka sin egen inre energi, så den måste kylas av. Tryck och volym följer P·V^γ = konstant.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) med γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Beräkna sedan W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Jämför båda med tabellen.
- Med Q = 0 i vartenda försök ger första huvudsatsen ΔU = −W_gas exakt. Förklara, i termer av energibevarande, varför en expanderande gas som utför positivt arbete måste kylas av när den inte kan ta in värme.
Var det här syns utanför labbet
- En sprejburk känns kall när gasen rusar ut och expanderar snabbt — för snabbt för att utbyta mycket värme med omgivningen. Förklara varför detta är ett verkligt (om än ofullständigt) exempel på adiabatisk kylning.
- Jämför dina sluttemperaturer här med vad omvändningen av isoterm kompression (en isoterm expansion) skulle ge för samma volymändring: den isoterma håller T konstant, men inte detta adiabatiska fall. Varför ändras utfallet när antagandet om värmeutbyte tas bort?
- 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
- Välkommen till Adiabatisk expansion
- Välj kammaren
- Tryck på Spela upp
- Expansion utan värmetrömning
- Öppna panelen Egenskaper
- Klart!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.