Adiabatisk expansion: Kylning utan värmeutbyte

1 · Förutsäg

En gas expanderar snabbt, utan tid att utbyta värme med sin omgivning (adiabatisk). Ändras gasens temperatur även om ingen värme tillförs eller lämnar den?

• 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.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Adiabatisk expansion och tryck på Återställ. 1 mol tvåatomigt kväve (f = 5) startar vid 24.9 L, 300 K.
2. Aktivera avläsningen av sluttemperaturen på kammaren.
3. Ställ in målvolymen (slutvolymen) för varje försök, och notera sluttemperaturen och det utförda arbetet.

3 · Samla data

Rita sluttemperaturen T₂ (y-axeln) mot slutvolymen V₂ (x-axeln) för dina tre försök. Kröker linjen nedåt?

4 · Analysera

1. 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.
2. 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.

5 · Utvidga

1. 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.
2. 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?

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik