Entropiändring i en reversibel isoterm expansion

1 · Förutsäg

En gas expanderar isotermt och reversibelt till en större volym. Ökar dess entropi, minskar den eller förblir den oförändrad?

• 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.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Entropi vid isoterm expansion och tryck på Återställ. 1 mol argon startar vid 20 L, 300 K.
2. Aktivera avläsningarna av utbytt värme och entropiändring.
3. Ställ in målvolymen (slutvolymen) för varje försök, och notera den utbytta värmen och entropiändringen.

3 · Samla data

Rita entropiändringen ΔS (y-axeln) mot ln(V₂/V₁) (x-axeln) för dina tre försök, med V₁ = 0.02 m³.

4 · Analysera

1. 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.
2. Förklara varför ΔS är positivt i vartenda försök här, och varför en större expansion (större V₂) ger en större entropiökning.

5 · Utvidga

1. 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.
2. 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.

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik