Compresión isotérmica: trabajo realizado a temperatura constante

1 · Predecir

Un gas se comprime a un volumen menor mientras su temperatura se mantiene constante (isotermal). ¿Se requiere más trabajo para comprimirlo más?

• Comprimir a un volumen final más pequeño requiere menos trabajo.
• Comprimir a un volumen final más pequeño requiere más trabajo (una Wgas más negativa).
• El trabajo necesario es el mismo sin importar el volumen final.

2 · Configurar

1. Abra el preajuste de compresión isotérmica y presione Restablecer. 1 mol de gas comienza en 49.9 L, 300 K.
2. Habilite la lectura del trabajo realizado sobre el gas.
3. Establezca el volumen objetivo (final) para cada prueba y registre el trabajo realizado por el gas.

3 · Recopilar datos

Grafique W_gas (eje y) contra ln(V₂/V₁) (eje x) para sus tres pruebas, usando V₁ = 49.9 L.

4 · Analizar

1. Para una prueba, calcule W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) usando n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K. Compare con la tabla.
2. W_gas es negativo en todos los ensayos. Explique qué significa físicamente un valor negativo para un gas que se está comprimiendo y por qué comprimirlo a un V₂ más pequeño hace que W_gas sea más negativo.

5 · Ampliar

1. Dado que ΔU = 0 para cualquier proceso isotérmico (la temperatura no cambia), la primera ley también dice aquí Q = W_gas. ¿Fluye calor hacia adentro o hacia afuera del gas durante esta compresión? Explique usando su convención de signos.
2. Para mantener el gas a temperatura constante mientras se comprime, los experimentos reales necesitan un depósito de calor en contacto con el cilindro. Explique por qué la compresión calentaría el gas si ese depósito no estuviera allí.

La física detrás de este experimento

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