Nhiệt động lực học

Giãn nở đoạn nhiệt

Giãn nở mà không trao đổi nhiệt: khí lạnh đi.

Giãn nở đoạn nhiệt — mô phỏng Nhiệt động lực học tương tác. Giãn nở mà không trao đổi nhiệt: khí lạnh đi. Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

Giãn nở đoạn nhiệt

Giãn nở không trao đổi nhiệt: khí lạnh đi.

Trong một quá trình đoạn nhiệt Q = 0, vì vậy công giãn nở rút nội năng từ khí. Phân tử chậm lại, nhiệt độ giảm, và đường P–V dốc hơn một đường đẳng nhiệt vì không có nhiệt đi vào để duy trì áp suất.

• Q = 0
• TV^(γ−1) = hằng số

Tóm tắt điều tra

Lập kế hoạch câu hỏi trước khi bạn mở phòng thí nghiệm

Bản tóm tắt phản ánh trang được kết xuất trước: câu hỏi dẫn dắt, các dự đoán cạnh tranh, vai trò của biến, các định luật chi phối, phần thiết lập và các gợi ý phân tích, mở rộng vẫn hiển thị theo thứ tự này.

Câu hỏi lái xe

Chất khí nở ra nhanh chóng, không có thời gian để trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh (đoạn nhiệt). Nhiệt độ của khí có thay đổi ngay cả khi không có nhiệt đi vào hoặc thoát ra không?

Dự đoán cân nặng

• Khí nguội đi - nó hoạt động với môi trường xung quanh bằng cách sử dụng năng lượng bên trong của chính nó.
• Nhiệt độ không đổi vì không có sự trao đổi nhiệt.
• Chất khí nóng lên khi nó giãn nở.

Vai trò thay đổi

Những gì bạn đặt:

• Tập cuối cùng V₂ (L)

Những gì bạn đo lường:

• Công thực hiện bởi khí W_gas (J)
• Nhiệt độ cuối cùng T₂ (K)

Cuộc điều tra diễn ra như thế nào

1. Mở cài đặt trước adiabatic-expansion và nhấn Reset. 1 mol nitơ diatomic (f = 5 ) bắt đầu tại 24.9 L, 300 K.
2. Kích hoạt tính năng đọc nhiệt độ cuối cùng trên buồng đo.
3. Đặt âm lượng mục tiêu (cuối cùng) cho mỗi lần thử và ghi lại nhiệt độ cuối cùng cũng như công việc đã thực hiện.

phương trình điều khiển

Quá trình đoạn nhiệt — ΔU = Q − W

Khi không trao đổi nhiệt (Q = 0), định luật thứ nhất giảm xuống ΔU = −W_gas: một chất khí giãn nở chỉ có thể thực hiện công bằng cách tiêu hao nội năng của chính nó, vì vậy nó phải nguội đi. Áp suất và thể tích tuân theo P·V^γ = hằng số.

Bảng tính có thể in được yêu cầu học sinh làm gì

• Đối với một lần dùng thử, hãy tính T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1) bằng γ = (f+2)/f = 1.4 , T₁ = 300 K, V₁ = 24.9 L. Sau đó tính W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁). So sánh cả hai với bảng.
• Với Q = 0 trong mọi phép thử, định luật thứ nhất cho ΔU = −W_gas chính xác. Giải thích, dưới dạng bảo toàn năng lượng, tại sao một chất khí giãn nở thực hiện công dương phải nguội đi khi nó không thể hút nhiệt.

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

• Bình xịt khí dung có thể tạo cảm giác lạnh khi khí thoát ra và giãn nở nhanh chóng - quá nhanh để trao đổi nhiều nhiệt với môi trường xung quanh. Giải thích tại sao đây là một ví dụ thực tế (nếu không hoàn hảo) về làm mát đoạn nhiệt.
• So sánh nhiệt độ cuối cùng của bạn ở đây với nhiệt độ ngược lại của quá trình nén đẳng nhiệt (sự giãn nở đẳng nhiệt) sẽ mang lại cho cùng một sự thay đổi thể tích: đẳng nhiệt giữ cho T không đổi, nhưng trường hợp đoạn nhiệt này thì không. Tại sao việc loại bỏ giả định trao đổi nhiệt lại làm thay đổi kết quả?

• 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

1. Chào mừng đến giãn nở đoạn nhiệt
2. Chọn buồng khí
3. Nhấn Phát
4. Giãn nở không dòng nhiệt
5. Mở Trình kiểm tra
6. Hoàn thành!

Mở mô phỏng tương tác để xây dựng hoạt cảnh, nhấn Chạy và khám phá với các phép đo trực tiếp và bài hướng dẫn.

Mở phòng thí nghiệm tương tác →

Tải tài liệu thí nghiệm →

Phương Trình Trạng Thái Khí Lý Tưởng