الديناميكا الحرارية
تسخين متساوي الحجم
سخّن عند حجم V ثابت: كل الحرارة ترفع الطاقة الداخلية.
تسخين متساوي الحجم — محاكاة الديناميكا الحرارية تفاعلية. سخّن عند حجم V ثابت: كل الحرارة ترفع الطاقة الداخلية. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
تسخين متساوي الحجم
سخّن عند حجم ثابت: كل الحرارة ترفع الطاقة الداخلية.
مع جدران صلبة لا يمكن بذل شغل (W = 0)، فيختزل القانون الأول إلى Q = ΔU. كل جول من الحرارة يزيد الطاقة الحركية الجزيئية مباشرة، منتجًا أشد ارتفاع في درجة الحرارة لكل وحدة حرارة بين العمليات الأساسية.
- W = 0
- Q = ΔU
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
يُسخّن غاز في وعاء صلب محكم فلا يتغير حجمه (متساوي الحجم). بما أن الغاز لا يستطيع التمدد، فإلى أين تذهب كل الحرارة المضافة؟
توقعات للموازنة
- تذهب كل الحرارة إلى الطاقة الداخلية، إذ لا شغل يُبذل عند حجم ثابت.
- معظم الحرارة تصير شغلًا رغم صلابة الوعاء.
- تنقسم الحرارة بالتساوي بين الشغل والطاقة الداخلية، كسائر العمليات.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- درجة الحرارة النهائية T₂ (K)
ما تقيسه:
- الضغط النهائي P₂ (kPa)
- الحرارة المضافة Q (J)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة التسخين متساوي الحجم واضغط إعادة. 1 mol غاز محكم عند 0.0249 m³ يبدأ عند 300 K.
- فعّل قراءتي الضغط والحرارة المضافة.
- اضبط درجة الحرارة النهائية المستهدفة لكل تجربة، وسجل الضغط النهائي والحرارة المضافة.
المعادلة الحاكمة
التسخين متساوي الحجم والطاقة الداخلية — U = f/2·n·R·T
عند حجم ثابت لا يبذل الغاز شغلًا (W_gas = 0)، فيذهب كل جول من الحرارة المضافة مباشرة إلى الطاقة الداخلية: Q = ΔU = (f/2)nRΔT.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب P₂ = nRT₂/V باستخدام n = 1 mol و V = 0.0249 m³، ثم Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) باستخدام f = 3 و T₁ = 300 K. قارن كليهما بالجدول.
- بما أن الغاز لا يتمدد (W_gas = 0)، يعطي القانون الأول Q = ΔU تمامًا. اشرح لماذا يظهر كل جول من الحرارة المضافة كليًا كطاقة داخلية هنا، بخلاف تجربة التسخين متساوي الضغط.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- علاقتك P₂ مقابل T₂ هي قانون غاي-لوساك: عند حجم ثابت، يتناسب الضغط تناسبًا مباشرًا مع درجة الحرارة المطلقة. اشرح لماذا يتبع هذا من PV = nRT عندما يثبت V.
- قِدر الضغط المحكم يطهو الطعام أسرع جزئيًا لأن البخار المحبوس لا يتمدد، فيرتفع الضغط (والحرارة) فوق 100°C بكثير. بعلاقة هذه التجربة، اشرح لماذا تتيح الوعاءات الصلبة المحكمة لدرجة الحرارة أن ترتفع أعلى للحرارة نفسها مما يتيحه وعاء مفتوح.
- 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
- أهلًا بك في التسخين متساوي الحجم
- حدد الغرفة
- اضغط تشغيل
- تسخين عند V ثابت
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.