Calentamiento isocórico: aumento de presión a volumen constante
1 · Predecir
Un gas se calienta en un recipiente rígido y sellado, de modo que su volumen no puede cambiar (isocórico). Dado que el gas no se puede expandir, ¿adónde va todo el calor añadido?
- Todo el calor se transforma en energía interna, ya que no se realiza ningún trabajo a volumen constante.
- La mayor parte del calor se convierte en trabajo aunque el recipiente sea rígido.
- El calor se divide uniformemente entre trabajo y energía interna, al igual que otros procesos.
2 · Configurar
- Abra el preajuste de calentamiento isocórico y presione Restablecer. 1 mol de gas está sellado en 0.0249 m³, comenzando a 300 K.
- Habilite las lecturas de presión y calor agregado.
- Establezca la temperatura objetivo (final) para cada prueba y registre la presión final y el calor agregado.
3 · Recopilar Datos
| Temperatura final T₂ (K) | Presión final P₂ (kPa) | Calor agregado Q (J) |
|---|---|---|
| 350.00 | ||
| 450.00 | ||
| 550.00 |
Grafique el calor añadido Q (eje y) frente a la temperatura final T₂ (eje x) para sus tres pruebas.
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule P₂ = nRT₂/V usando n = 1 mol, V = 0.0249 m³, luego Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) usando f = 3, T₁ = 300 K. Compare ambos con la tabla.
- Como el gas no puede expandirse (W_gas = 0), la primera ley da Q = ΔU exactamente. Explique por qué cada julio de calor agregado aparece aquí enteramente como energía interna, a diferencia del experimento de calentamiento isobárico.
5 · Ampliar
- Su relación P₂-vs-T₂ es la ley de Gay-Lussac: a volumen constante, la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Explique por qué esto se sigue de PV = nRT cuando V es fijo.
- Una olla a presión sellada calienta los alimentos más rápido en parte porque el vapor atrapado no puede expandirse, por lo que la presión (y la temperatura) aumentan muy por encima de 100°C. Utilice la relación de este experimento para explicar por qué un recipiente rígido sellado permite que la temperatura suba más con la misma entrada de calor que uno abierto.
La física detrás de este experimento
Calentamiento isocórico y energía interna.
A volumen constante, un gas no realiza trabajo (W_gas = 0), por lo que cada julio de calor agregado se convierte directamente en energía interna: Q = ΔU = (f/2)nRΔT.