Isobare Erwärmung: Expansion bei konstantem Druck
1 · Vorhersagen
Wird ein Gas bei konstantem Druck erhitzt, dehnt es sich aus (isobar). Verrichtet das Gas mehr Arbeit an seiner Umgebung, wenn man es auf ein größeres Endvolumen ausdehnen lässt?
- Ein größeres Endvolumen bedeutet weniger Arbeit des Gases.
- Die geleistete Arbeit hängt nicht vom endgültigen Volumen ab.
- Ein größeres Endvolumen bedeutet, dass das Gas mehr Arbeit verrichtet.
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie das Preset „Isobare Erwärmung“ und drücken Sie Zurücksetzen. 1 mol Gas startet bei 24.9 L, 300 K, bei konstantem Druck.
- Aktivieren Sie die Endtemperaturanzeige an der Kammer.
- Legen Sie das Zielvolumen (Endvolumen) für jeden Versuch fest und notieren Sie die Endtemperatur und die geleistete Arbeit.
3 · Daten sammeln
| Endvolumen V₂ (L) | Von Gas W_gas geleistete Arbeit (J) | Endtemperatur T₂ (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
Tragen Sie die Endtemperatur T₂ (y-Achse) gegen das Endvolumen V₂ (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf. Geht die Linie gerade durch den Ursprung?
4 · Auswerten
- Berechnen Sie für einen Versuch W_gas = P₁(V₂ − V₁) unter Verwendung von P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa, dann T₂ = T₁·V₂/V₁. Vergleichen Sie beides mit der Tabelle.
- Erklären Sie mit W_gas = P·ΔV, warum eine größere Volumenänderung bei demselben konstanten Druck mehr vom Gas geleistete Arbeit bedeutet.
5 · Vertiefen
- Ihre T₂-vs-V₂-Linie ist das Charlessche Gesetz: Bei konstantem Druck sind Volumen und absolute Temperatur direkt proportional. Erklären Sie, warum dies direkt aus PV = nRT folgt, wenn P festgehalten wird.
- Ein Teil der Wärme, die Sie beim isobaren Erhitzen hinzufügen, geht in Arbeit (Ausdehnung) und ein anderer Teil in innere Energie über. Welcher erhält mehr von der zusätzlichen Wärme für ein einatomiges Gas (f = 3): der Arbeitsterm oder der Term der inneren Energie?
Die Physik hinter diesem Experiment
Isobare Arbeit
Bei konstantem Druck ist die von einem expandierenden Gas verrichtete Arbeit einfach Druck mal Volumenänderung: W_gas = P·ΔV – die Fläche eines Rechtecks unter einer horizontalen Linie in einem P-V-Diagramm.