Если температура не меняется, почему расширение необратимо?

Необратимость — про путь и энтропию Вселенной, не про то, что T вернулась. Энтропия газа растёт (ΔS > 0). Чтобы вернуть объём обратимо, нужна работа и отвод тепла; для исходного свободного расширения сумма ΔS системы и окружения положительна.

Почему работа равна нулю, если газ расширяется?

Работа против внешнего давления: W = ∫ P_внеш dV. В вакууме P_внеш = 0, поэтому W = 0, хотя молекулы разлетаются по сосуду.

Как растёт энтропия, если Q = 0, а dS = đQ_обр / T?

Формула с теплотой — только для обратимого пути. Между теми же состояниями идеального газа берут обратимое изотермическое расширение: ΔS = nR ln(V₂/V₁). Энтропия — функция состояния.

Расширение Джоуля

Идеальный газ в вакуум: Q = W = ΔU = 0; ΔS = nR ln 2 при удвоении объёма.

О модели

Свободное расширение (расширение Джоуля): идеальный газ из половины теплоизолированного сосуда выходит в вакуум после снятия перегородки. Внешнее давление равно нулю, поэтому работа W = 0; стенки адиабатические, Q = 0; из первого начала ΔU = 0. У идеального газа U зависит только от T, значит температура не меняется. Процесс необратим: при удвоении объёма ΔS = nR ln(V₂/V₁) = nR ln 2. Энтропию считают по обратимому изотермическому пути между теми же состояниями. Модель: точечные частицы, жёсткие адиабатические стенки, мгновенное снятие перегородки.

Для кого: Вводная термодинамика: первое и второе начала, энтропия, необратимость.

Ключевые понятия

расширение Джоуля
свободное расширение
первое начало термодинамики
энтропия
идеальный газ
необратимый процесс
внутренняя энергия

Как это работает

Перегородку убирают: идеальный газ заполняет весь сосуд. Q = 0, W = 0, значит ΔU = 0 и температура не меняется. Энтропия растёт: ΔS = nR ln 2 при удвоении объёма. На экране частицы занимают обе половины; средняя кинетическая энергия та же, доступный объём больше.

Часто задаваемые вопросы

Если температура не меняется, почему расширение необратимо?: Необратимость — про путь и энтропию Вселенной, не про то, что T вернулась. Энтропия газа растёт (ΔS > 0). Чтобы вернуть объём обратимо, нужна работа и отвод тепла; для исходного свободного расширения сумма ΔS системы и окружения положительна.
Почему работа равна нулю, если газ расширяется?: Работа против внешнего давления: W = ∫ P_внеш dV. В вакууме P_внеш = 0, поэтому W = 0, хотя молекулы разлетаются по сосуду.
Как растёт энтропия, если Q = 0, а dS = đQ_обр / T?: Формула с теплотой — только для обратимого пути. Между теми же состояниями идеального газа берут обратимое изотермическое расширение: ΔS = nR ln(V₂/V₁). Энтропия — функция состояния.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 46 в «Термодинамика».

Вся категория →

НовоеШкольные

Смешение газов и энтропия

Запустить симулятор

Два газа разделены, затем смешаны; ΔS = 2nR ln 2 для равных объёмов и количеств вещества.

НовоеШкольные

Цикл Стирлинга

Запустить симулятор

Диаграмма p–V: две изотермы и две изохоры; идеальный КПД равен Карно при идеальном регенераторе.

НовоеУниверситет / научные

Демон Максвелла

Запустить симулятор

Плоский бильярд с воротами: быстрые частицы проходят по порогу |v|; средние ⟨|v|⟩ слева и справа; принцип Ландауэра.

НовоеШкольные

Эффект Джоуля–Томсона

Запустить симулятор

Изэнтальпийное дросселирование: у идеального газа ΔT = 0; учебный коэффициент μ_JT и кривая инверсии для реального газа.

Школьные

Цикл Карно

Запустить симулятор

Анимация цикла на диаграмме p–V: две изотермы и две адиабаты, КПД η = 1 − T_C/T_H.

НовоеШкольные

Цикл Отто

Запустить симулятор

Диаграмма p–V: адиабатическое сжатие и расширение, изохорный подвод теплоты; КПД η = 1 − r^{1−γ}.

Расширение Джоуля

О модели

Как это работает

Часто задаваемые вопросы

Похожие симуляторы

Смешение газов и энтропия

Цикл Стирлинга

Демон Максвелла

Эффект Джоуля–Томсона

Цикл Карно

Цикл Отто

Расширение Джоуля

О модели

Как это работает

Часто задаваемые вопросы