Термодинаміка
Ізотермічне розширення — зміна ентропії
Зворотне ізотермічне розширення: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Ізотермічне розширення — зміна ентропії — інтерактивне моделювання: Термодинаміка. Зворотне ізотермічне розширення: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Зміна ентропії
Зворотне ізотермічне розширення: ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.
Зміна ентропії міряє, наскільки розосередженою стає енергія. У зворотному ізотермічному розширенні газ поглинає теплоту Q при сталій температурі, і ентропія зростає, бо та сама енергія займає більший об'єм з більшою кількістю мікростанів.
- ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- ΔS = Q_rev/T
Короткий опис дослідження
Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію
Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.
Рушійне запитання
Газ розширюється ізотермічно й зворотно до більшого об'єму. Його ентропія зростає, спадає чи лишається тією самою?
Прогнози для зважування
- Ентропія спадає, коли газ розходиться.
- Ентропія стала, бо процес зворотний.
- Ентропія зростає — газ має більше можливих мікроскопічних розташувань при більшому об'ємі.
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Кінцевий об'єм V₂ (L)
Що ви вимірюєте:
- Обмін теплотою Q (J)
- Зміна ентропії ΔS (J/K)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет ізотермічної ентропії та натисніть «Скинути». 1 моль аргону стартує з 20 L, 300 K.
- Увімкніть покази обміну теплотою та зміни ентропії.
- Задайте цільовий (кінцевий) об'єм для кожного заміру та запишіть обмін теплотою та зміну ентропії.
Керівне рівняння
Зміна ентропії у зворотному ізотермічному процесі — ΔS = Q/T
Для зворотного ізотермічного розширення зміна ентропії дорівнює обміну теплотою, поділеному на сталу температуру, що для ідеального газу дає ΔS = nR·ln(V₂/V₁) — ентропія зростає з логарифмом відношення об'ємів.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для одного заміру обчисліть Q = nRT·ln(V₂/V₁) з n = 1 моль, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, потім ΔS = Q/T (рівноцінно ΔS = nR·ln(V₂/V₁) безпосередньо). Порівняйте обидва з таблицею.
- Поясніть, чому ΔS додатне в кожному замірі тут і чому більше розширення (більший V₂) дає більше зростання ентропії.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Цей експеримент передбачає зворотне (нескінченно повільне) розширення. Вільне (неконтрольоване) розширення у вакуум до того самого кінцевого об'єму дало б точно той самий ΔS для газу, хоча теплота взагалі не обмінюється (Q = 0) і робота не виконується. Поясніть, чому ентропія — функція стану, якій байдуже, як газ дістався від V₁ до V₂.
- Другий закон каже, що сумарна ентропія (газ плюс оточення) ніколи не може спадати для справжнього процесу. Для цього зворотного ізотермічного розширення оточення (тепловий резервуар, що віддає Q) втрачає рівно стільки ентропії, скільки газ набирає. Поясніть, чому це робить сумарну зміну ентропії нульовою — підпис зворотного процесу.
- 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
- Вітаємо в ізотермічній ентропії
- Виберіть камеру
- Натисніть «Запустити»
- Ентропія зі зміни об'єму
- Відкрийте панель властивостей
- У вас вийшло!
Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.
Відкрити інтерактивну лабораторію →
Завантажити лабораторний аркуш →