La llei del gas ideal: pressió, volum i temperatura
1 · Prediu
Una quantitat fixa de gas és segellada en un recipient rígid. Si l'escalfes, què passa amb la pressió?
- La pressió disminueix quan la temperatura puja.
- La pressió augmenta proporcionalment amb la temperatura.
- La pressió no depèn de la temperatura.
2 · Configura
- Obre el predefinit «La llei del gas ideal» i prem Restableix. 1 mol d'argó omple un volum fix de 0.0249 m³.
- Activa la lectura de pressió a la cambra.
- Defineix la temperatura del gas per a cada prova i enregistra la pressió.
3 · Recull dades
| Temperatura T (K) | Energia interna U (J) | Pressió P (kPa) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 450.00 | ||
| 600.00 |
Representa la pressió P (eix y) contra la temperatura T (eix x) per a les tres proves. La línia és recta i passa per l'origen?
4 · Analitza
- Per a una prova, calcula P = nRT/V amb n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), V = 0.0249 m³. Compara-ho amb la taula.
- Explica per què, en volum i quantitat de gas fixos, la pressió i la temperatura absoluta són directament proporcionals.
5 · Amplia
- La llei del gas ideal exigeix la temperatura en kelvin, no en Celsius. Explica per què fer servir Celsius (que admet valors negatius i zero) trencaria la proporcionalitat directa que has trobat.
- La teva columna d'energia interna també creix amb la temperatura, en volum fix. Explica, amb U = (f/2)nRT, per què escalfar una quantitat fixa de gas en volum constant n'augmenta alhora la pressió i l'energia interna.
La física al darrere d'aquest experiment
Llei dels gasos ideals
Per a n mols de gas ideal, pressió, volum i temperatura queden lligats per P·V = n·R·T. Amb n i V fixos, la pressió puja en proporció directa a la temperatura absoluta.
Energia interna d'un gas ideal
L'energia interna d'un gas ideal depèn només de la seva temperatura (i dels graus de llibertat f), no de la pressió ni del volum per separat: U = (f/2)nRT.
Termodinàmica
- Teoria cinètica: temperatura i velocitat molecular
- Compressió isoterm: treball fet en temperatura constant
- Escalfament isobar: expansió a pressió constant
- Escalfament isocor: pujada de pressió en volum constant
- Expansió adiabàtica: refredar-se sense perdre calor
- Calorimetria: barrejar calent i fred
- Conducció tèrmica: flux de calor per una barra
- El cicle de Carnot: rendiment màxim possible d'un motor
- El cicle d'Otto: model idealitzat d'un motor de gasolina
- El cicle de Carnot invertit: una nevera
- El cicle de Stirling: trams isoterms amb regeneració
- Canvi d'entropia en una expansió isoterm reversible
138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles