Θερμοδυναμική

Ισόθερμη συμπίεση

Συμπίεση σε σταθερό T: ΔU = 0, άρα Q = W.

Ισόθερμη συμπίεση — διαδραστική προσομοίωση Θερμοδυναμική. Συμπίεση σε σταθερό T: ΔU = 0, άρα Q = W. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Ισόθερμη διεργασία

Συμπίεσε σε σταθερή T: ΔU = 0, άρα Q = W.

Κατά μια ισόθερμη διεργασία η εσωτερική ενέργεια ιδανικού αερίου εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία, ώστε ΔU = 0. Κάθε έργο που ασκείται στο αέριο πρέπει να φύγει ως θερμότητα προς τη δεξαμενή. Δες την καμπύλη P–V να ακολουθεί PV = σταθερά καθώς κινείται το έμβολο.

• ΔU = 0
• Q = 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 συμπιέζεται σε μικρότερο όγκο ενώ η θερμοκρασία του κρατείται σταθερή (ισόθερμη). Απαιτείται περισσότερο έργο για να συμπιεστεί περαιτέρω;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Η συμπίεση σε μικρότερο τελικό όγκο απαιτεί λιγότερο έργο.
• Η συμπίεση σε μικρότερο τελικό όγκο απαιτεί περισσότερο έργο (πιο αρνητικό Wgas).
• Το απαιτούμενο έργο είναι ίδιο ό,τι κι αν είναι ο τελικός όγκος.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Τελικός όγκος V₂ (L)

Τι μετράς:

• Έργο που παράγει το αέριο W_gas (J)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή isothermal-compression και πάτησε Επαναφορά. 1 mol αερίου ξεκινά στα 49.9 L, 300 K.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη έργου που ασκήθηκε στο αέριο.
3. Ρύθμισε τον στόχο (τελικό) όγκο για κάθε δοκιμή και κατέγραψε το έργο που παρήγαγε το αέριο.

Κυρίαρχη εξίσωση

Πρώτος νόμος θερμοδυναμικής — ΔU = Q − W

Η μεταβολή εσωτερικής ενέργειας ισούται με τη θερμότητα που προστέθηκε μείον το έργο που παρήγαγε το αέριο: ΔU = Q − W. Για ισόθερμη διεργασία ιδανικού αερίου, ΔU = 0, ώστε όλο το έργο που ασκήθηκε στο αέριο φεύγει ως θερμότητα.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) χρησιμοποιώντας n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Το W_gas είναι αρνητικό σε κάθε δοκιμή. Εξήγησε τι σημαίνει φυσικά αρνητική τιμή για αέριο που συμπιέζεται, και γιατί η συμπίεση σε μικρότερο V₂ κάνει το W_gas πιο αρνητικό.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Εφόσον ΔU = 0 για κάθε ισόθερμη διεργασία (η θερμοκρασία δεν αλλάζει), ο πρώτος νόμος λέει Q = W_gas και εδώ. Ρέει θερμότητα μέσα ή έξω από το αέριο κατά αυτή τη συμπίεση; Εξήγησε χρησιμοποιώντας τη σύμβαση προσήμου σου.
• Για να κρατήσεις το αέριο σε σταθερή θερμοκρασία ενώ το συμπιέζεις, τα πραγματικά πειράματα χρειάζονται δεξαμενή θερμότητας σε επαφή με τον κύλινδρο. Εξήγησε γιατί η συμπίεση θα θέρμαινε το αέριο αν δεν υπήρχε εκείνη η δεξαμενή.

• 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 Ισόθερμη συμπίεση
2. Επίλεξε τον θάλαμο
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Συμπίεση σε σταθερή T
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