อุณหพลศาสตร์
การขยายตัวแบบอุณหภูมิคงที่ — การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี
การขยายตัวแบบผันกลับได้ที่อุณหภูมิคงที่: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T
การขยายตัวแบบอุณหภูมิคงที่ — การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี — การจำลองอุณหพลศาสตร์แบบโต้ตอบ การขยายตัวแบบผันกลับได้ที่อุณหภูมิคงที่: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี
การขยายตัวแบบผันกลับได้ที่อุณหภูมิคงที่: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T
การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีวัดว่าพลังงานกระจายตัวมากเพียงใด ในการขยายตัวแบบอุณหภูมิคงที่ที่ผันกลับได้ แก๊สดูดซับความร้อน Q ขณะที่อุณหภูมิคงที่ และเอนโทรปีเพิ่มขึ้นเพราะพลังงานเดียวกันครอบครองปริมาตรที่ใหญ่ขึ้นด้วยไมโครสเตตที่มากขึ้น
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
แก๊สขยายตัวแบบอุณหภูมิคงที่และย้อนกลับได้ไปยังปริมาตรที่ใหญ่กว่า เอนโทรปีของมันเพิ่มขึ้น ลดลง หรือคงเดิม
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- เอนโทรปีลดลงเมื่อแก๊สกระจายออก
- เอนโทรปีคงที่เพราะกระบวนการย้อนกลับได้
- เอนโทรปีเพิ่มขึ้น — แก๊สมีการจัดเรียงระดับจุลทรรศน์ที่เป็นไปได้มากขึ้นที่ปริมาตรใหญ่กว่า
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ปริมาตรสุดท้าย V₂ (L)
สิ่งที่คุณวัด:
- ความร้อนที่แลกเปลี่ยน Q (J)
- การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปี ΔS (J/K)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ entropy-isothermal แล้วกดรีเซ็ต อาร์กอน 1 mol เริ่มที่ 20 L, 300 K
- เปิดค่าแสดงความร้อนที่แลกเปลี่ยนและการเปลี่ยนเอนโทรปี
- ตั้งปริมาตรเป้าหมาย (สุดท้าย) ของแต่ละรอบ แล้วบันทึกความร้อนที่แลกเปลี่ยนและการเปลี่ยนเอนโทรปี
สมการควบคุม
การเปลี่ยนเอนโทรปีในกระบวนการอุณหภูมิคงที่แบบย้อนกลับได้ — ΔS = Q/T
สำหรับการขยายตัวอุณหภูมิคงที่แบบย้อนกลับได้ การเปลี่ยนเอนโทรปีเท่ากับความร้อนที่แลกเปลี่ยนหารด้วยอุณหภูมิคงที่ ซึ่งคิดได้เป็น ΔS = nR·ln(V₂/V₁) สำหรับก๊าซอุดมคติ เอนโทรปีเพิ่มตามลอการิทึมของอัตราส่วนปริมาตร
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ Q = nRT·ln(V₂/V₁) โดยใช้ n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K แล้วหา ΔS = Q/T (เทียบเท่ากับ ΔS = nR·ln(V₂/V₁) โดยตรง) เทียบทั้งสองค่ากับตาราง
- อธิบายว่าเหตุใด ΔS จึงเป็นบวกในทุกรอบที่นี่ และเหตุใดการขยายตัวที่มากกว่า (V₂ มากกว่า) จึงให้การเพิ่มเอนโทรปีมากกว่า
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- การทดลองนี้สมมติการขยายตัวแบบย้อนกลับได้ (ช้ามากเป็นอนันต์) การขยายตัวแบบอิสระ (ไม่มีการควบคุม) เข้าสู่สุญญากาศจนถึงปริมาตรสุดท้ายเดียวกันจะให้ ΔS ของก๊าซเท่ากันพอดี แม้ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนเลย (Q = 0) และไม่มีงาน จงอธิบายว่าทำไมเอนโทรปีซึ่งเป็นฟังก์ชันสถานะจึงไม่สนใจว่าก๊าซไปจาก V₁ ถึง V₂ ได้อย่างไร
- กฎข้อที่สองกล่าวว่าเอนโทรปีรวม (แก๊สบวกสิ่งแวดล้อม) ไม่มีวันลดลงในกระบวนการจริง สำหรับการขยายตัวอุณหภูมิคงที่แบบย้อนกลับได้นี้ สิ่งแวดล้อม (แหล่งกักความร้อนที่จ่าย Q) เสียเอนโทรปีเท่ากับที่แก๊สได้รับพอดี อธิบายว่าเหตุใดจึงทำให้การเปลี่ยนเอนโทรปีรวมเป็นศูนย์ — ลายเซ็นของกระบวนการย้อนกลับได้
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ เอนโทรปีอุณหภูมิคงที่
- เลือกห้องบรรจุ
- กดเล่น
- เอนโทรปีจากการเปลี่ยนแปลงปริมาตร
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ