热力学
绝热膨胀
无热交换的膨胀：气体降温。
绝热膨胀——交互式热力学模拟。无热交换的膨胀：气体降温。 免费的基于浏览器的虚拟物理实验室，提供实时 SI 测量和分步引导教程。
绝热膨胀
无热交换的膨胀：气体降温。
在绝热过程中 Q = 0，膨胀做功消耗气体内能。分子运动变慢，温度下降，P–V 路径比等温线更陡，因为没有热量流入以维持压强。
- 绝热条件 Q = 0
- 绝热过程 TV^(γ−1) = 常数
调查简介
在打开实验室之前计划好问题
这份简介反映预渲染页面：探究问题、相互竞争的预测、变量角色、支配定律、设置以及分析和拓展提示都会按此顺序保持可见。
驾驶问题
气体迅速膨胀，没有时间与周围环境进行热交换（绝热）。即使没有热量进入或离开，气体的温度也会变化吗？
预测权重
- 气体冷却下来——它确实利用自己的内部能量对周围环境起作用。
- 由于没有热量交换，温度保持不变。
- 气体随着膨胀而升温。
可变角色
您设置的内容：
- 最终体积 V2 (L)
您测量的内容：
- 气体所做的功 W_gas (J)
- 最终温度T2 (K)
调查如何进行
- 打开「绝热膨胀（adiabatic-expansion）」预设并按重置。1摩尔双原子氮气（f = 5）从24.9 L、300 K的状态开始。
- 启用腔室的最终温度读数。
- 设置每次试验的目标（最终）体积，并记录最终温度和完成的功。
控制方程
绝热过程 — ΔU = Q − W
在没有热交换的情况下（Q = 0），第一定律简化为 ΔU = −W_gas：膨胀的气体只能通过消耗其自身的内部能量来做功，因此它必须冷却。压力和体积遵循 P·V^γ = 常数。
可打印的工作表要求学生完成什么
- 对于其中一次试验，使用γ = (f+2)/f = 1.4、T₁ = 300 K、V₁ = 24.9 L，计算T₂ = T₁·(V₁/V₂)^(γ−1)。再计算W_gas = −ΔU = −(f/2)nR(T₂ − T₁)。将两者与表格比较。
- 每次试验中 Q = 0 时，第一定律准确给出 ΔU = −W_gas。从能量守恒定律的角度解释为什么做正功的膨胀气体在无法吸热时必须冷却。
这在实验室之外的地方表现出来
- 喷雾罐喷出气体并迅速膨胀时会感觉变冷——速度太快，来不及与周围环境交换多少热量。请解释为什么这是绝热冷却在现实中的例子（虽然并不完美）。
- 将这里的最终温度，与“等温压缩（isothermal-compression）”实验的逆过程（等温膨胀）在相同体积变化下会得到的结果进行比较：等温过程中T保持不变，但这个绝热过程并非如此。去掉“无热交换”这一假设，为什么会改变结果？
- 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
- 欢迎来到绝热膨胀
- 选择气体腔
- 按播放
- 无热流膨胀
- 打开检查器
- 完成了！
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