Θερμοκρασία αερίου στην αδιαβατική μεταβολή

Δημοσιεύτηκε από το χρήστη Λεόντιο Μαυροπαλιά στις 20 Νοέμβριος 2009 στις 15:11 στην ομάδα Φυσική Β΄Λυκείου

Καλησπέρα.

Θα ήθελα να ρωτήσω το εξής:

Γιατί η αδιαβατική εκτόνωση συνοδεύεται με ψύξη του αερίου; Και το αέριο ψύχεται από μόνο του ή αναγκαστικά εκλύει θερμότητα στο περιβάλλον; Επιπλέον πώς αυτό ερμηνεύεται μικροσκοπικά, δηλαδή τι συμβαίνει με την κίνηση των μορίων του αερίου σε μια τέτοια μεταβολή;Αντίστοιχα και στην αδιαβατική συμπίεση.

Ορίζουμε αδιαβατική την μεταβολή στην οποία η συνολική θερμότητα που το αέριο και το περιβάλλον ανταλλάσουν είναι 0. Ωραία. Έτσι η συμπίεση συνοδεύεται με θέρμανση και η εκτόνωση με ψύξη.

Θα μπορούσατε όμως να μου εξηγήσετε τι συμβαίνει μικροσκοπικά, με την κίνηση των μορίων κατά τη διάρκεια της μεταβολής;

Εννοώ, πώς γίνεται μέσα από μία εκτόνωση ή συμπίεση να μεταβάλλεται η θερμοκρασία του αερίου; Αυτό σημαίνει ότι αλλάζει η κινητική τους ενέργεια. Όμως πώς γίνεται η κινητική ενέργεια (ολική) των μορίων να αλλάζει επειδή μεταβάλλεται ο όγκος του (ιδανικού) αερίου;
Αφού έχουμε παραδεχτεί ότι οι κρούσεις μς τα τοιχώματα είναι ελαστικές και ότι όσο το μόριο δε συμμετέχει σε κρούση εκτελεί εοκ.

Οπότε δεν αλλάζει το μέτρο της ταχύτητας των μορίων.

Μήπως επειδή στην αδιαβατική συμπίεση πιέζουμε πολύ γρήγορα το έμβολο οι κρούσεις των μορίων με το έμβολο είναι υπερελαστικές, λογω της μεγάλης εξωτερικής δύναμης που ασκούμε;

Δε ξέρω μπορεί και η ερώτηση να ακούγεται λίγο χαζή…

 

(Visited 82 times, 1 visits today)
Subscribe
Ειδοποίηση για
5 Σχόλια
Inline Feedbacks
Όλα τα σχόλια
Δημήτρης Γκενές
Αρχισυντάκτης
4 έτη πριν

Απάντηση από τον Κυριακόπουλο Γιάννη στις 20 Νοέμβριος 2009 στις 15:57

Δεν υπάρχουν χαζές ερωτήσεις.
Όταν τα μόρια συγκρούονται με το έμβολο και το μετακινούν μεταβιβάζουν σ΄αυτό ένα μέρος από την ενέργειά τους όπως μια μπάλα του μπιλιάρδου όταν συγκρούεται με άλλη.
Επομένως χάνουν ενέργεια ( μειώνεται η ταχύτητά τους όπως και στο μπιλιάρδο). Μειώνεται η εσωτερική ενέργεια του αερίου και επομένως και η θερμοκρασία.
Κατά την συμπίεση συμβαίνει το αντίστροφο. Το έμβολο προσφέρει ενέργεια στα μόρια.
…………………

Απάντηση από τον Αντώνη Μπαλτζόπουλο στις 19 Δεκέμβριος 2013 στις 21:15

… αυτή η απάντηση του Γιάννη είναι τελικά αποδεκτή από τους υπόλοιπους φυσικούς του ylikonet ?

Ημουν σε μια παρουσίαση “υποδειγματικής διδασκαλίας” με χρήση προσομοιώσεων με θέμα την αδιαβατική μεταβολή και το τελείωμα της είχε σχολιασμό στην θέση του Γιάννη Κυριακόπουλου . ( αυτούσια μεταφερμένη στο φυλλο εργασίας )

Ο καθηγητής οδήγησε τους μαθητές στο συμπέρασμα ότι η θέση του Γιάννη είναι λάθος και ότι η θέρμανση κατά την αδιαβατική συμπίεση οφείλεται στην αύξηση των συγκρούσεων ( αφού είναι πλέον λιγότερος χώρος διαθέσιμος για κίνηση ) .

Ευχαριστώ .

υγ … θα διαβάσω τις θέσεις σας αύριο λόγω κάποιων υποχρεώσεων μου.

……………………

Απάντηση από τον Κυριακόπουλο Γιάννη στις 19 Δεκέμβριος 2013 στις 23:05

Μέχρι να τοποθετηθούν συνάδελφοι δύο, πιστεύω ευανάγνωστες, προσομοιώσεις.

Κρούση με κινούμενο σώμα.

Αφαίρεση διαφράγματος.

Στην πρώτη δώστε στο κινούμενο τοίχωμα την ταχύτητα της αρεσκείας σας.

Στη δεύτερη αφαιρέσατε το διάγραμμα πηγαίνοντας τον μεταβολέα στην αριστερή θέση. Μειώνεται ο αριθμός των συγκρούσεων αλλά η Κ.Ε. ;

……………………..

Απάντηση από τον Διονύση Μητρόπουλο στις 20 Δεκέμβριος 2013 στις 2:03

Συνάδελφοι, Λεόντιε, αν χρησιμοποιήσεις τις σχέσεις της θεωρίας, για των υπολογισμό των ταχυτήτων υ1ʹ, υ2ʹ μετά από κεντρική ελαστική κρούση, στην περίπτωση μορίου m1 και εμβόλου m2 >> m1 όταν αρχικά κινούνται αντίρροπα (συμπίεση) με ταχύτητες υ1 και υ2, θα βρεις ότι:

υ1ʹ ≈ –υ1 + 2υ2  και  υ2ʹ ≈ υ2

Αντώνη η θερμοκρασία είναι ένας μετρητής ενέργειας, της μέσης κινητικής ενέργειας των μορίων του αερίου ή, αν θέλεις, της εσωτερικής του ενέργειας.

Για να αυξηθεί επομένως η θερμοκρασία θα πρέπει να πάρει το αέριο από κάπου ενέργεια. Μα αυτό μπορεί να συμβεί είτε με απορρόφηση θερμότητας, είτε με κατανάλωση έργου.

……………..

Καλημέρα συνάδελφοι

Συμφωνώ με την άποψη που διατυπώνουν ο Γιάννης και ο Διονύσης. Άλλωστε η εξωτερική επίδραση -που σε αυτήν οφείλεται η αύξηση ή η ελάττωση της θερμοκρασίας  στο αέριο – λαμβάνει χώρα μέσω του εμβόλου. Το έμβολο θα δικάσουμε αυτό φταίει!

…………………….

%ce%ba%ce%b1%cf%84%ce%b1%ce%b3%cf%81%ce%b1%cf%86%ce%aeΑπάντηση από τον Διονύση Μάργαρη στις 20 Δεκέμβριος 2013 στις 8:58

Καλημέρα συνάδελφοι.

Αντώνη η θέση του συναδέλφου:

«Ο καθηγητής οδήγησε τους μαθητές στο συμπέρασμα ότι η θέση του Γιάννη είναι λάθος και ότι η θέρμανση κατά την αδιαβατική συμπίεση οφείλεται στην αύξηση των συγκρούσεων ( αφού είναι πλέον λιγότερος χώρος διαθέσιμος για κίνηση )»

Είναι εντελώς λανθασμένη.

Πέρα από τις παραπάνω θέσεις του Γιάννη, του Διονύση και του Μανώλη (μόλις την είδα!), με τις οποίες συμφωνώ, να δώσω ένα παράδειγμα.

Διαθέτουμε δύο δοχεία του ίδιου όγκου, στα οποία εισάγουμε:

Στο Α 0,2g Η2 και στο Β 2g Η2 της ίδιας αρχικής θερμοκρασίας.

Αν αφήσουμε τα δύο αέρια να ισορροπήσουν, τι διαφορετικό θα έχουμε στα  δύο δοχεία;

Προφανώς στο Β θα ασκείται μεγαλύτερη πίεση, εξαιτίας των περισσοτέρων συγκρούσεων, αλλά τα αέρια θα έχουν την ίδια θερμοκρασία!

Δεν θα υπάρξει καμιά αλλαγή στην εσωτερική ενέργεια κάθε ποσότητας αερίου και καμιά μεταβολή θερμοκρασίας. Η τελική θερμοκρασία και στα δυο δοχεία, θα είναι ίση με την αρχική και ίδια στα  δύο δοχεία.

Εξισώσεις;

p=(2Ν/3V)Εκ/μέση

Εκ/μέση= 3/2 ΚΤ

……………………

Απάντηση από τον Αντώνη Μπαλτζόπουλο στις 20 Δεκέμβριος 2013 στις 10:29

… Συνάδελφοι , ευχαριστώ για τις διευκρινήσεις ( Γιαννη θα μελετήσω τις ip στο σπίτι ).

( Κυριακόπουλος , Μητρόπουλος , Λαμπράκης , Μαργαρης … αχ τον καημένο τον “επιμορφωτή” )

…………….

Αντώνη καλημέρα. Λάθη κάνουμε όλοι. Ακόμα και οι “τεράστιοι” κάνουν λάθη. Είχα στο νου μου να γράψω κάποια στιγμή κάτι περί του λάθους που έχει να κάνει με λαμπρά πνεύματα, για να νοιώσουμε και οι υπόλοιποι πιο άνετοι όταν σεργιανάμε τα δικά μας λάθη. Με την ευκαιρία παραπέμπω σε κάτι ενδεικτικό χωρίς να το έχω επεξεργαστεί

Θυμόμουν ότι η ιστορία ήταν στο cut-the-knot, αλλά μου πήρε λίγη ώρα μέχρι να την βρω. Το χάρηκα που την βρήκα!

τώρα όμως που την ξαναδιαβάζω, φαίνεται ότι την εξυπνάδα την έκανε κάποιος M.Klamkin που διάβασε βιβλίο του Polya. Δες κι εσύ! Είναι πολύ ωραίο!
http://www.cut-the-knot.org/proofs/bisect.shtml
………………………

… για να δω εάν το έχω καταλάβει. Η θερμοκρασία του αερίου αυξάνεται επειδή πρέπει να διατηρηθεί η ενέργεια μιας που την αυξήσαμε με την πρόσφορά έργου που κάναμε ( μέσω του εμβόλου )

Εάν συνέβαινε αυτό που υποστηρίξει ο “επιμορφωτής” θα είχαμε απώλεια ενέργειας από τα μόρια του αερίου άρα αυτά θα είχαν μικρότερη ταχύτητα δηλαδή μικρότερη θερμοκρασία . ( ή κάπως έτσι )

Περίπου ?

υγ … τα λάθη είναι ανθρώπινα αρκεί κάποιος να θέλει να διδάχθεί από τα λάθη του και όχι να προβληθεί μέσα από θέσεις άλλων ( τεσπα δεν θέλω να πώ περισσότερα )

……………

%ce%ba%ce%b1%cf%84%ce%b1%ce%b3%cf%81%ce%b1%cf%86%ce%aeΑπάντηση από τον/την Διονύση Μάργαρη στις 20 Δεκέμβριος 2013 στις 16:55

Ναι Αντώνη.

Κατά μια αδιαβατική συμπίεση, εμείς σπρώχνουμε το έμβολο, προκειμένου να μειώσουμε τον όγκο του αερίου.

Αλλά τότε, εμείς προσφέρουμε ενέργεια στο αέριο, οπότε αυξάνεται η εσωτερική του ενέργεια, συνεπώς και η θερμοκρασία του.

Η αύξηση ή μείωση του αριθμού των συγκρούσεων, συνδέεται με τον αριθμό των μορίων ανά μονάδα όγκου (και την θερμοκρασία δευτερευόντως), αλλά αν δεν μεταφέρεται ενέργεια στο αέριο, είτε μέσω θερμότητας είτε μέσω έργου, δεν μπορεί να αλλάξει η θερμοκρασία.

Να αναφέρω το παράδειγμα της ελεύθερης εκτόνωσης.

Στο μισό δοχείο που κλείνεται με διάφραγμα (μέρος Α) υπάρχει ένα αέριο σε πίεση 2atm και θερμοκρασία 300Κ, ενώ το μέρος Β είναι κενό. Βγάζουμε το διάφραγμα και το αέριο καταλαμβάνει όλο το χώρο του δοχείου.

Τι άλλαξε;

Προφανώς άλλαξε ο αριθμός μορίων ανά μονάδα όγκου με αποτέλεσμα λιγότερες συγκρούσεις οπότε και μείωση της πίεσης στην τιμή 1atm, αλλά η θερμοκρασία δεν άλλαξε, συνεχίζει να είναι 300Κ, αφού δεν άλλαξε η μέση κινητική ενέργεια των μορίων του αερίου. Το αέριο ούτε πήρε, ούτε έχασε ενέργεια.

ΥΓ

Όπου εμείς, διάβαζε το περιβάλλον!

………………..

Απάντηση από τον Κυριακόπουλος Γιάννης στις 20 Δεκέμβριος 2013 στις 16:56

Ακριβώς. Το έργο μας γίνεται  ενέργεια των μορίων αφού δεν μπορεί να γίνει θερμότητα.

Φυσικά όλοι κάνουμε λάθη.

Χρήστος Τρικαλινός
4 έτη πριν

Καλησπέρα σας.

Η ερώτηση όχι μόνο είναι καλή, αλλά εξαιρετική.

Η απάντηση ήδη δώθηκε, αλλά επειδή μπορεί να αμφισβητηθεί από κάποιου που κάνουν "πρότυπες διδασκαλίες" σας δίνω μια πλήρη μαθηματιοκή εξήγηση από το βιβλίο μου "ΜΟΡΙΑΚΗ ΦΥΣΙΚΗ- ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ"

Θα τη βρείτε  εδώ

Γιάννης Κυριακόπουλος
Αρχισυντάκτης
4 έτη πριν

Καλησπέρα κ. Τρικαλινέ  

Ευχαριστώ για την παράθεση του τμήματος αυτού.

Γιατί όμως θα μπορούσε να αμφισβητηθεί;

Διονύσης Μάργαρης
Διαχειριστής
Διονύσης Μάργαρης(@dmargaris_2z73r8xw)
4 έτη πριν

Ευχαριστώ τον Καθηγητή κ. Τρικαλινό για την παραπάνω προσφορά του.

Δημήτρης Γκενές
Αρχισυντάκτης
4 έτη πριν

Ευχαριστούμε .