تسخين متساوي الحجم: ارتفاع الضغط عند حجم ثابت

1 · توقّع

يُسخّن غاز في وعاء صلب محكم فلا يتغير حجمه (متساوي الحجم). بما أن الغاز لا يستطيع التمدد، فإلى أين تذهب كل الحرارة المضافة؟

• 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.

2 · التجهيز

1. افتح تجربة التسخين متساوي الحجم واضغط إعادة. 1 mol غاز محكم عند 0.0249 m³ يبدأ عند 300 K.
2. فعّل قراءتي الضغط والحرارة المضافة.
3. اضبط درجة الحرارة النهائية المستهدفة لكل تجربة، وسجل الضغط النهائي والحرارة المضافة.

3 · اجمع البيانات

ارسم الحرارة المضافة Q (المحور y) مقابل درجة الحرارة النهائية T₂ (المحور x) لتجاربك الثلاث.

4 · حلّل

1. 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.
2. 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.

5 · وسّع

1. 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.
2. 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.

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة