Giãn nở đoạn nhiệt: Làm mát mà không mất nhiệt

1 · Dự đoán

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?

• 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.

2 · Thiết lập

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.

3 · Thu thập dữ liệu

Vẽ đồ thị nhiệt độ cuối cùng T₂ (trục y) theo thể tích cuối cùng V₂ (trục x) cho ba lần lần thử của bạn. Đường cong có đi xuống không?

4 · Phân tích

1. 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.
2. 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.

5 · Gia hạn

1. 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.
2. 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?

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

← Quay lại thử nghiệm