Θερμοδυναμική

Ισοβαρή θέρμανση

Θέρμανση σε σταθερό P: το αέριο διαστέλλεται και αποδίδει έργο.

Ισοβαρή θέρμανση — διαδραστική προσομοίωση Θερμοδυναμική. Θέρμανση σε σταθερό P: το αέριο διαστέλλεται και αποδίδει έργο. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Ισοβαρή θέρμανση

Θέρμανε σε σταθερή P: το αέριο διαστέλλεται και παράγει έργο.

Σε σταθερή πίεση, η θέρμανση ιδανικού αερίου προκαλεί διαστολή ώστε το αέριο να παράγει έργο στο περιβάλλον ενώ η θερμοκρασία ανεβαίνει. Από τον πρώτο νόμο, Q = ΔU + W· μέρος της απορροφώμενης θερμότητας ανεβάζει την εσωτερική ενέργεια και μέρος πληρώνει το έργο διαστολής.

• W = PΔV
• Q = ΔU + W

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Ένα αέριο θερμαίνεται σε σταθερή πίεση, ώστε διαστέλλεται (ισοβαρώς). Αν το αφήσεις να διασταλεί σε μεγαλύτερο τελικό όγκο, παράγει το αέριο περισσότερο έργο στο περιβάλλον του;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Μεγαλύτερος τελικός όγκος σημαίνει λιγότερο έργο από το αέριο.
• Το παραγόμενο έργο δεν εξαρτάται από τον τελικό όγκο.
• Μεγαλύτερος τελικός όγκος σημαίνει περισσότερο έργο από το αέριο.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Τελικός όγκος V₂ (L)

Τι μετράς:

• Έργο που παράγει το αέριο W_gas (J)
• Τελική θερμοκρασία T₂ (K)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή isobaric-heating και πάτησε Επαναφορά. 1 mol αερίου ξεκινά στα 24.9 L, 300 K, σε σταθερή πίεση.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη τελικής θερμοκρασίας στον θάλαμο.
3. Ρύθμισε τον στόχο (τελικό) όγκο για κάθε δοκιμή, και κατέγραψε την τελική θερμοκρασία και το έργο που παραχθηκε.

Κυρίαρχη εξίσωση

Ισοβαρή έργο — W = P·ΔV

Σε σταθερή πίεση, το έργο που παράγει διαστελλόμενο αέριο είναι απλώς πίεση επί τη μεταβολή όγκου: W_gas = P·ΔV — το εμβαδόν ορθογωνίου κάτω από οριζόντια γραμμή σε διάγραμμα P-V.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε W_gas = P₁(V₂ − V₁) χρησιμοποιώντας P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa, μετά T₂ = T₁·V₂/V₁. Σύγκρινε και τα δύο με τον πίνακα.
• Εξήγησε, χρησιμοποιώντας W_gas = P·ΔV, γιατί μεγαλύτερη μεταβολή όγκου στην ίδια σταθερή πίεση σημαίνει περισσότερο έργο από το αέριο.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Η γραμμή σου T₂-vs-V₂ είναι ο νόμος Charles: σε σταθερή πίεση, όγκος και απόλυτη θερμοκρασία είναι ευθέως ανάλογοι. Εξήγησε γιατί αυτό προκύπτει ευθέως από το PV = nRT όταν το P κρατείται σταθερό.
• Μέρος της θερμότητας που προσθέτεις κατά την ισοβαρή θέρμανση πηγαίνει σε έργο (διαστολή) και μέρος σε εσωτερική ενέργεια. Ποιο παίρνει περισσότερο από τη προστιθέμενη θερμότητα για μονοατομικό αέριο (f = 3): ο όρος έργου ή ο όρος εσωτερικής ενέργειας;

• 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

1. Καλώς όρισες στην Ισοβαρή θέρμανση
2. Επίλεξε τον θάλαμο
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Θέρμανση σε σταθερή P
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Ο νόμος ιδανικού αερίου