热力学
等温膨胀——熵变
可逆等温膨胀：ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T。
等温膨胀——熵变——交互式热力学模拟。可逆等温膨胀：ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T。 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。
熵变
可逆等温膨胀：ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T。
熵变衡量能量的分散程度。在可逆等温膨胀中，气体吸收热量 Q 而温度保持不变；由于相同的能量占据了更大的体积，对应的微观状态数增多，熵随之升高。
- 熵变 ΔS = nR ln(V₂/V₁)
- 熵变 ΔS = Q_rev/T
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
气体等温且可逆地膨胀到更大的体积。它的熵会增加、减少还是保持不变？
预测权重
- 随着气体扩散，熵减少。
- 由于该过程是可逆的，因此熵保持恒定。
- 熵增加——气体在更大的体积下具有更多可能的微观排列。
可变角色
您设置的内容：
- 最终体积 V2 (L)
您测量的内容：
- 热交换量Q (J)
- 熵变ΔS (J/K)
调查如何进行
- 打开「可逆等温膨胀中的熵变（entropy-isothermal）」预设并按重置。 1 摩尔氩气起始体积为 20 L，温度为 300 K。
- 启用交换热量与熵变读数。
- 设置每次试验的目标（最终）体积，并记录交换的热量和熵变。
控制方程
可逆等温过程中的熵变 — ΔS = Q/T
对于可逆等温膨胀，熵变等于交换的热量除以恒定的温度，对理想气体而言即为ΔS = nR·ln(V₂/V₁)——熵随体积比的对数增长。
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n = 1 mol、R = 8.314 J/(mol·K)、T = 300 K，计算Q = nRT·ln(V₂/V₁)，再计算ΔS = Q/T（等价地也可直接用ΔS = nR·ln(V₂/V₁)）。将两者与表格比较。
- 解释为什么 ΔS 在每次试验中都是正值，以及为什么更大的膨胀（更大的 V2）会产生更大的熵增加。
这在实验室之外的地方表现出来
- 本实验假设为可逆（无限缓慢）膨胀。若气体自由（不受控）膨胀到真空并达到相同的最终体积，即使完全没有热交换（Q = 0）也没有做功，气体的ΔS仍会完全相同。请解释为什么熵是一个状态函数，与气体从V₁到达V₂的具体途径无关。
- 第二定律说，对于真实过程，总熵（气体加上周围环境）永远不会减少。对于这种可逆等温膨胀，周围环境（提供 Q 的热库）损失的熵与气体获得的熵完全相同。解释为什么这使得总熵变为零——这是可逆过程的特征。
- 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
- 欢迎来到等温膨胀——熵变
- 选择气体腔
- 按播放
- 体积变化引起熵变
- 打开检查器
- 完成了！
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