การขยายตัวแบบอะเดียแบติก เย็นลงโดยไม่สูญเสียความร้อน

1 · ทำนาย

แก๊สขยายตัวอย่างรวดเร็วจนไม่มีเวลาแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม (อะเดียแบติก) แม้ไม่มีความร้อนเข้าหรือออกเลย อุณหภูมิของแก๊สจะเปลี่ยนหรือไม่

• แก๊สเย็นลง — มันทำงานต่อสิ่งแวดล้อมโดยใช้พลังงานภายในของตัวเอง
• อุณหภูมิคงเดิม เพราะไม่มีความร้อนแลกเปลี่ยน
• แก๊สร้อนขึ้นเมื่อขยายตัว

2 · จัดเตรียม

1. เปิดพรีเซ็ท adiabatic-expansion แล้วกดรีเซ็ต ไนโตรเจนอะตอมคู่ 1 mol (f = 5) เริ่มที่ 24.9 L, 300 K
2. เปิดค่าแสดงอุณหภูมิสุดท้ายบนห้องปฏิบัติการจำลอง
3. ตั้งปริมาตรเป้าหมาย (สุดท้าย) ของแต่ละรอบ แล้วบันทึกอุณหภูมิสุดท้ายและงานที่ทำ

3 · เก็บข้อมูล

พล็อตอุณหภูมิสุดท้าย T₂ (แกน y) กับปริมาตรสุดท้าย V₂ (แกน x) จากสามรอบการทดลอง เส้นนี้โค้งลงหรือไม่

4 · วิเคราะห์

1. สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) โดยใช้ γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L แล้วหา W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁) เทียบทั้งสองค่ากับตาราง
2. เมื่อ Q = 0 ทุกรอบ กฎข้อที่หนึ่งจึงให้ ΔU = −W_gas พอดี จงอธิบายในเชิงการอนุรักษ์พลังงานว่าทำไมก๊าซที่ขยายตัวและทำงานเป็นบวกจึงต้องเย็นลงเมื่อดึงความร้อนเข้าไม่ได้

5 · ต่อยอด

1. กระป๋องสเปรย์รู้สึกเย็นเมื่อแก๊สพุ่งออกมาและขยายตัวอย่างรวดเร็ว — เร็วเกินกว่าจะแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อมได้มาก อธิบายว่าเหตุใดนี่จึงเป็นตัวอย่างจริง (แม้ไม่สมบูรณ์) ของการทำให้เย็นแบบอะเดียแบติก
2. เทียบอุณหภูมิสุดท้ายของคุณที่นี่กับค่าที่ตรงข้ามกับ isothermal-compression (คือการขยายตัวอุณหภูมิคงที่) ให้กับการเปลี่ยนปริมาตรเท่ากัน กรณีอุณหภูมิคงที่ T คงที่ แต่กรณีอะเดียแบติกนี้ไม่ เหตุใดการตัดสมมติฐานการแลกเปลี่ยนความร้อนจึงเปลี่ยนผลลัพธ์

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง