تسخين متساوي الضغط: تمدد عند ضغط ثابت
1 · توقّع
يُسخّن غاز عند ضغط ثابت فيتمدد (متساوي الضغط). إذا تركته يتمدد إلى حجم نهائي أكبر، فهل يبذل الغاز شغلًا أكثر على محيطه؟
- حجم نهائي أكبر يعني شغلًا أقل من الغاز.
- الشغل المبذول لا يعتمد على الحجم النهائي.
- حجم نهائي أكبر يعني شغلًا أكبر من الغاز.
2 · التجهيز
- افتح تجربة التسخين متساوي الضغط واضغط إعادة. 1 mol غاز يبدأ عند 24.9 L و300 K وضغط ثابت.
- فعّل قراءة درجة الحرارة النهائية على الغرفة.
- اضبط الحجم النهائي المستهدف لكل تجربة، وسجل درجة الحرارة النهائية والشغل المبذول.
3 · اجمع البيانات
| الحجم النهائي V₂ (L) | شغل الغاز W_gas (J) | درجة الحرارة النهائية T₂ (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
ارسم درجة الحرارة النهائية T₂ (المحور y) مقابل الحجم النهائي V₂ (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل الخط مستقيم يمر بالأصل؟
4 · حلّل
- لمحاولة واحدة، احسب W_gas = P₁(V₂ − V₁) باستخدام P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa، ثم T₂ = T₁·V₂/V₁. قارن كليهما بالجدول.
- اشرح، باستخدام W_gas = P·ΔV، لماذا تغير حجم أكبر عند نفس الضغط الثابت يعني شغلًا أكبر يبذله الغاز.
5 · وسّع
- خطك T₂ مقابل V₂ هو قانون شارل: عند ضغط ثابت، يتناسب الحجم ودرجة الحرارة المطلقة تناسبًا مباشرًا. اشرح لماذا يتبع هذا مباشرة من PV = nRT عندما يثبت P.
- بعض الحرارة التي تضيفها أثناء التسخين متساوي الضغط يذهب إلى الشغل (التمدد) وبعضها إلى الطاقة الداخلية. أيهما يحصل على حصة أكبر من الحرارة المضافة لغاز أحادي الذرة (f = 3): حد الشغل أم حد الطاقة الداخلية؟
الفيزياء خلف هذه التجربة
شغل متساوي الضغط
عند ضغط ثابت، الشغل الذي يبذله الغاز المتمدد هو ببساطة الضغط في تغير الحجم: W_gas = P·ΔV — مساحة مستطيل تحت خط أفقي في مخطط P-V.