Termodynamik
Isoterm expansion — entropiförändring
Reversibel isoterm expansion: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Isoterm expansion — entropiförändring — interaktiv Termodynamik-simulering. Reversibel isoterm expansion: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
Entropiförändring
Reversibel isoterm expansion: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Entropiändringen mäter hur utspridd energin blir. I en reversibel isoterm expansion absorberar gasen värmen Q medan dess temperatur förblir fast, och entropin stiger eftersom samma energi upptar en större volym med fler mikrotillstånd.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
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 isotermt och reversibelt till en större volym. Ökar dess entropi, minskar den eller förblir den oförändrad?
Förutsägelser att väga
- Entropin minskar när gasen breder ut sig.
- Entropin förblir konstant eftersom processen är reversibel.
- Entropin ökar — gasen har fler möjliga mikroskopiska arrangemang vid större volym.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Slutvolym V₂ (L)
Det du mäter:
- Utbytt värme Q (J)
- Entropiförändring ΔS (J/K)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Entropi vid isoterm expansion och tryck på Återställ. 1 mol argon startar vid 20 L, 300 K.
- Aktivera avläsningarna av utbytt värme och entropiändring.
- Ställ in målvolymen (slutvolymen) för varje försök, och notera den utbytta värmen och entropiändringen.
Styrande ekvation
Entropiändring i en reversibel isoterm process — ΔS = Q/T
För en reversibel isoterm expansion är entropiändringen lika med utbytt värme delad med den konstanta temperaturen, vilket ger ΔS = nR·ln(V₂/V₁) för en ideal gas — entropin växer med logaritmen av volymförhållandet.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök Q = nRT·ln(V₂/V₁) med n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, sedan ΔS = Q/T (ekvivalent ΔS = nR·ln(V₂/V₁) direkt). Jämför båda med tabellen.
- Förklara varför ΔS är positivt i vartenda försök här, och varför en större expansion (större V₂) ger en större entropiökning.
Var det här syns utanför labbet
- Detta experiment antar en reversibel (oändligt långsam) expansion. En fri (okontrollerad) expansion i vakuum till samma slutvolym skulle ge exakt samma ΔS för gasen, även om ingen värme utbyts alls (Q = 0) och inget arbete utförs. Förklara varför entropin är en tillståndsfunktion som inte bryr sig om hur gasen tog sig från V₁ till V₂.
- Andra huvudsatsen säger att totalentropin (gas plus omgivning) aldrig kan minska för en verklig process. För denna reversibla isoterma expansion förlorar omgivningen (värmereservoaren som levererar Q) exakt lika mycket entropi som gasen vinner. Förklara varför det gör den totala entropiändringen noll — kännetecknet på en reversibel process.
- 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 Isoterm entropi
- Välj kammaren
- Tryck på Spela upp
- Entropi från volymändring
- 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.
Entropi & den andra huvudsatsen