熱力學
絕熱膨脹
無熱交換的膨脹：氣體降溫。
絕熱膨脹——互動式熱力學模擬。無熱交換的膨脹：氣體降溫。 免費的瀏覽器物理虛擬實驗室，提供即時 SI 測量與分步引導教學。
絕熱膨脹
無熱交換的膨脹：氣體降溫。
絕熱過程中 Q = 0，因此膨脹功耗盡氣體的內能。分子變慢，溫度下降，P–V 路徑比等溫線更陡，因為沒有熱進入來維持壓強。
- 斷熱條件 Q = 0
- 斷熱過程 TV^(γ−1) = 常數
調查簡介
在打開實驗室之前先規劃好問題
這份簡報反映預先渲染的頁面：探究問題、互相競爭的預測、變數角色、支配定律、設定，以及分析和延伸提示都會以此順序保持可見。
駕駛問題
氣體迅速膨脹，沒有時間與周圍環境熱交換（絕熱）。即使沒有熱量進入或離開，氣體的溫度也會改變嗎？
預測權重
- 氣體冷卻下來——它確實利用自己的內部能量對周圍環境起作用。
- 由於沒有熱量交換，溫度保持不變。
- 氣體隨著膨脹而升溫。
可變角色
您設定的內容：
- 最終體積 V2 (L)
您測量的內容：
- 氣體所做的功 W_gas (J)
- 最終溫度T2 (K)
調查如何進行
- 打開「絕熱膨脹（adiabatic-expansion）」預設並按重設。1莫耳雙原子氮氣（f = 5）從24.9 L、300 K的狀態開始。
- 啟用腔室的最終溫度讀數。
- 設定每次試驗的目標（最終）體積，並記錄最終溫度和完成的功。
控制方程
絕熱過程 — ΔU = Q − W
在沒有熱交換的情況下（Q = 0），第一定律簡化為 ΔU = −W_gas：膨脹的氣體只能透過消耗其自身的內部能量來做功，因此它必須冷卻。壓力和體積遵循 P·V^γ = 常數。
可列印的工作表要求學生完成什麼
- 對於其中一次試驗，使用γ = (f+2)/f = 1.4、T₁ = 300 K、V₁ = 24.9 L，計算T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1)。再計算W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁)。將兩者與表格比較。
- 每次試驗中 Q = 0 時，第一定律準確給出 ΔU = −W_gas。從能量守恆定律的角度解釋為什麼做正功的膨脹氣體在無法吸熱時必須冷卻。
這在實驗室之外的地方表現出來
- 噴霧罐噴出氣體並迅速膨脹時會感覺變冷——速度太快，來不及與周圍環境交換多少熱量。請解釋為什麼這是絕熱冷卻在現實中的例子（雖然並不完美）。
- 將這裡的最終溫度，與「等溫壓縮（isothermal-compression）」實驗的逆過程（等溫膨脹）在相同體積變化下會得到的結果進行比較：等溫過程中T保持不變，但這個絕熱過程並非如此。去掉「無熱交換」這一假設，為什麼會改變結果？
- 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
- 歡迎來到絕熱膨脹
- 選擇氣體腔
- 按播放
- 無熱流膨脹
- 打開檢查器
- 完成了！
打開互動式模擬以構建場景，點擊運行，並透過即時測量和引導式教學進行探索。