การเปลี่ยนเอนโทรปีในการขยายตัวอุณหภูมิคงที่แบบย้อนกลับได้

1 · ทำนาย

แก๊สขยายตัวแบบอุณหภูมิคงที่และย้อนกลับได้ไปยังปริมาตรที่ใหญ่กว่า เอนโทรปีของมันเพิ่มขึ้น ลดลง หรือคงเดิม

• เอนโทรปีลดลงเมื่อแก๊สกระจายออก
• เอนโทรปีคงที่เพราะกระบวนการย้อนกลับได้
• เอนโทรปีเพิ่มขึ้น — แก๊สมีการจัดเรียงระดับจุลทรรศน์ที่เป็นไปได้มากขึ้นที่ปริมาตรใหญ่กว่า

2 · จัดเตรียม

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ entropy-isothermal แล้วกดรีเซ็ต อาร์กอน 1 mol เริ่มที่ 20 L, 300 K
2. เปิดค่าแสดงความร้อนที่แลกเปลี่ยนและการเปลี่ยนเอนโทรปี
3. ตั้งปริมาตรเป้าหมาย (สุดท้าย) ของแต่ละรอบ แล้วบันทึกความร้อนที่แลกเปลี่ยนและการเปลี่ยนเอนโทรปี

3 · เก็บข้อมูล

จงเขียนกราฟการเปลี่ยนเอนโทรปี ΔS (แกน y) กับ ln(V₂/V₁) (แกน x) ของสามรอบ โดยใช้ V₁ = 0.02 m³

4 · วิเคราะห์

1. 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
2. อธิบายว่าเหตุใด ΔS จึงเป็นบวกในทุกรอบที่นี่ และเหตุใดการขยายตัวที่มากกว่า (V₂ มากกว่า) จึงให้การเพิ่มเอนโทรปีมากกว่า

5 · ต่อยอด

1. การทดลองนี้สมมติการขยายตัวแบบย้อนกลับได้ (ช้ามากเป็นอนันต์) การขยายตัวแบบอิสระ (ไม่มีการควบคุม) เข้าสู่สุญญากาศจนถึงปริมาตรสุดท้ายเดียวกันจะให้ ΔS ของก๊าซเท่ากันพอดี แม้ไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนเลย (Q = 0) และไม่มีงาน จงอธิบายว่าทำไมเอนโทรปีซึ่งเป็นฟังก์ชันสถานะจึงไม่สนใจว่าก๊าซไปจาก V₁ ถึง V₂ ได้อย่างไร
2. กฎข้อที่สองกล่าวว่าเอนโทรปีรวม (แก๊สบวกสิ่งแวดล้อม) ไม่มีวันลดลงในกระบวนการจริง สำหรับการขยายตัวอุณหภูมิคงที่แบบย้อนกลับได้นี้ สิ่งแวดล้อม (แหล่งกักความร้อนที่จ่าย Q) เสียเอนโทรปีเท่ากับที่แก๊สได้รับพอดี อธิบายว่าเหตุใดจึงทำให้การเปลี่ยนเอนโทรปีรวมเป็นศูนย์ — ลายเซ็นของกระบวนการย้อนกลับได้

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง