Adyabatik Genişleme: Isı Kaybı Olmadan Soğutma
1 · Tahmin Et
Gaz, çevresiyle (adyabatik) ısı alışverişinde bulunacak zamanı olmadan hızla genişler. Isı girmese veya çıkmasa bile gazın sıcaklığı değişir mi?
- Gaz soğur; kendi iç enerjisini kullanarak çevresi üzerinde çalışır.
- Isı alışverişi olmadığından sıcaklık aynı kalır.
- Gaz genişledikçe ısınır.
2 · Kurulum
- adiabatic-expansion ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. 1 mol diatomik nitrojen (f = 5 ) 24.9 L, 300 K'de başlar.
- Odadaki son sıcaklık okumasını etkinleştirin.
- Her deneme için hedef (son) hacmi ayarlayın ve son sıcaklığı ve yapılan işi kaydedin.
3 · Veri Toplayın
| Son hacim V₂ (L) | Gazın yaptığı iş W_gas (J) | Son sıcaklık T₂ (K) |
|---|---|---|
| 37.41 | ||
| 49.89 | ||
| 62.36 |
Üç denemeniz için son sıcaklığı T₂ (y ekseni) ile son hacim V₂'yi (x ekseni) karşılaştırın. Çizgi aşağıya doğru kıvrılıyor mu?
4 · Analiz et
- Bir deneme için, T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1)'yi γ = (f+2)/f = 1.4, T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. kullanarak hesaplayın. Daha sonra W_gas'ı hesaplayın = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). Her ikisini de tabloyla karşılaştırın.
- Her denemede Q = 0 olduğunda, birinci yasa tam olarak ΔU = −W_gas değerini verir. Enerji tasarrufu açısından, pozitif iş yapan genişleyen bir gazın, ısı çekemediğinde neden soğuması gerektiğini açıklayın.
5 · Uzat
- Aerosol sprey, gaz dışarı fırlayıp hızla genişledikçe soğuk hissedebilir; bu, çevreyle fazla ısı alışverişi yapamayacak kadar hızlıdır. Bunun neden adyabatik soğutmanın gerçek dünyadaki (kusurlu olsa da) bir örneği olduğunu açıklayın.
- Buradaki son sıcaklıklarınızı, aynı hacim değişimi için izotermal sıkıştırmanın tersinin (izotermal genleşme) vereceği değerle karşılaştırın: izotermal T'yi sabit tutar, ancak bu adyabatik durum bunu yapmaz. Isı değişimi varsayımının kaldırılması sonucu neden değiştiriyor?
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Adyabatik Süreç
Isı alışverişi olmadığında (Q = 0), birinci yasa ΔU = −W_gaza indirgenir: genişleyen bir gaz yalnızca kendi iç enerjisini harcayarak iş yapabilir, bu nedenle soğuması gerekir. Basınç ve hacim P·V^γ = sabiti takip eder.