Зміна ентропії в зворотному ізотермічному розширенні

1 · Прогноз

Газ розширюється ізотермічно й зворотно до більшого об'єму. Його ентропія зростає, спадає чи лишається тією самою?

• Ентропія спадає, коли газ розходиться.
• Ентропія стала, бо процес зворотний.
• Ентропія зростає — газ має більше можливих мікроскопічних розташувань при більшому об'ємі.

2 · Установка

1. Відкрийте пресет ізотермічної ентропії та натисніть «Скинути». 1 моль аргону стартує з 20 L, 300 K.
2. Увімкніть покази обміну теплотою та зміни ентропії.
3. Задайте цільовий (кінцевий) об'єм для кожного заміру та запишіть обмін теплотою та зміну ентропії.

3 · Збір даних

Побудуйте графік зміни ентропії ΔS (вісь y) проти ln(V₂/V₁) (вісь x) для трьох замірів, використовуючи V₁ = 0.02 м³.

4 · Аналіз

1. 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.
2. Поясніть, чому ΔS додатне в кожному замірі тут і чому більше розширення (більший V₂) дає більше зростання ентропії.

5 · Поглиблення

1. 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.
2. 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.

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту