மீள்சுற்றக்கூடிய வெப்பநிலை மாறா விரிவாக்கத்தில் என்ட்ரோப்பி (entropy) மாற்றம்

1 · கணிப்பு

ஒரு வாயு, வெப்பநிலை மாறாகவும் மீள்சுற்றக்கூடியதாகவும் பெரிய கன அளவிற்கு விரிகிறது. அதன் என்ட்ரோப்பி அதிகரிக்குமா, குறையுமா, அல்லது அப்படியே இருக்குமா?

• வாயு பரவும்போது என்ட்ரோப்பி குறைகிறது.
• செயல்முறை மீள்சுற்றக்கூடியதால் என்ட்ரோப்பி நிலையாக இருக்கும்.
• என்ட்ரோப்பி அதிகரிக்கிறது — பெரிய கன அளவில் வாயுவுக்கு அதிக சாத்தியமான நுண்ணிய அமைப்புகள் உள்ளன.

2 · அமைப்பு

1. வெப்பநிலை-மாறா-சூட்டு-எண் முன்னமைப்பைத் திறந்து மீட்டமையை அழுத்துங்கள். 1 mol ஆர்கான், 20 L, 300 K-இல் தொடங்குகிறது.
2. பரிமாறப்பட்ட-வெப்பம் மற்றும் என்ட்ரோப்பி-மாற்ற வாசிப்புகளை இயக்குங்கள்.
3. ஒவ்வொரு முயற்சிக்கும் இலக்கு (இறுதி) கன அளவை அமைத்து, பரிமாறப்பட்ட வெப்பத்தையும் என்ட்ரோப்பி மாற்றத்தையும் பதிவு செய்யுங்கள்.

3 · தரவு சேகரி

V₁ = 0.02 m³ பயன்படுத்தி, உங்கள் மூன்று முயற்சிகளுக்கும், ln(V₂/V₁) (x-அச்சு) எதிராக என்ட்ரோப்பி மாற்றம் ΔS (y-அச்சு)-ஐ வரையுங்கள்.

4 · பகுப்பாய்வு

1. ஒரு முயற்சிக்கு, n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K பயன்படுத்தி Q = nRT·ln(V₂/V₁) கணக்கிட்டு, பின்னர் ΔS = Q/T (சமமாக ΔS = nR·ln(V₂/V₁) நேரடியாக) கணக்கிடுங்கள். இரண்டையும் அட்டவணையுடன் ஒப்பிடுங்கள்.
2. இங்கே ஒவ்வொரு முயற்சியிலும் ΔS நேர்மறையாக இருப்பது ஏன், பெரிய விரிவாக்கம் (பெரிய V₂) பெரிய என்ட்ரோப்பி அதிகரிப்பை உருவாக்குவது ஏன் என்று விளக்குங்கள்.

5 · நீட்டிப்பு

1. இந்த சோதனை மீள்சுற்றக்கூடிய (எல்லையற்ற மெதுவான) விரிவாக்கத்தை அனுமானிக்கிறது. அதே இறுதி கன அளவிற்கு வெற்றிடத்தில் சுதந்திர (கட்டுப்படுத்தப்படாத) விரிவாக்கம், வெப்பம் ஒருபோதும் பரிமாறப்படாதபோதும் (Q = 0) வேலை எதுவும் செய்யப்படாதபோதும், வாயுவுக்கு சரியாக அதே ΔS-ஐ தரும். என்ட்ரோப்பி ஒரு நிலை சார்பு என்றும், வாயு V₁-இலிருந்து V₂-க்கு எப்படி வந்தது என்பதைக் கவலைப்படாது என்றும் விளக்குங்கள்.
2. இரண்டாம் விதி, உண்மையான செயல்முறைக்கு மொத்த என்ட்ரோப்பி (வாயு மற்றும் சூழல்) ஒருபோதும் குறையாது என்கிறது. இந்த மீள்சுற்றக்கூடிய வெப்பநிலை மாறா விரிவாக்கத்திற்கு, சூழல் (Q-ஐ வழங்கும் வெப்ப தேக்கம்) வாயு பெறுவதே அளவு என்ட்ரோப்பியை இழக்கிறது. அது மொத்த என்ட்ரோப்பி மாற்றத்தை பூஜ்யமாக்குகிறது ஏன் — மீள்சுற்றக்கூடிய செயல்முறையின் அடையாளம் — என்று விளக்குங்கள்.

இந்த சோதனையின் பின்னணி இயற்பியல்

← சோதனைக்குத் திரும்பு

138 இலவச அச்சிடக்கூடிய இயற்பியல் ஆய்வகப் பணித்தாள்கள்