قانون گاز ایدهآل: فشار، حجم و دما
1 · پیشبینی
مقدار ثابتی گاز در ظرفی صلب دربسته است. اگر گرمش کنید، با فشارش چه میشود؟
- فشار با بالا رفتن دما کم میشود.
- فشار با دما متناسب زیاد میشود.
- فشار به دما بستگی ندارد.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم جعبهٔ ورایش گاز ایدهآل را باز کنید و Reset بزنید. 1 مول آرگون حجم ثابت 0.0249 m³ را پر میکند.
- قرائت فشار را روی اتاقک فعال کنید.
- دمای گاز را برای هر آزمایش تنظیم کنید و فشار را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| دما T (K) | انرژی درونی U (J) | فشار P (kPa) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 450.00 | ||
| 600.00 |
برای سه آزمایش، فشار P (محور y) را بر حسب دما T (محور x) رسم کنید. آیا خط از مبدأ صاف میگذرد؟
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، با n = 1 mol و R = 8.314 J/(mol·K) و V = 0.0249 m³ مقدار P = nRT/V را حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا در حجم و مقدار گاز ثابت، فشار و دمای مطلق مستقیماً متناسباند.
5 · گسترش
- قانون گاز ایدهآل دما را بر حسب کلوین میخواهد نه سلسیوس. توضیح دهید چرا استفاده از سلسیوس (که مقدارهای منفی و صفر دارد) تناسب مستقیمی را که یافتید میشکند.
- ستون انرژی درونی شما نیز در حجم ثابت با دما بزرگ میشود. با U = (f/2)nRT توضیح دهید چرا گرم کردن مقدار معینی گاز در حجم ثابت، هم فشار و هم انرژی درونی آن را با هم افزایش میدهد.
فیزیک پشت این آزمایش
قانون گاز ایدهآل
برای n مول گاز ایدهآل، فشار و حجم و دما با P·V = n·R·T به هم قفل شدهاند. در n و V ثابت، فشار مستقیماً متناسب با دمای مطلق بالا میرود.
انرژی درونی گاز ایدهآل
انرژی درونی گاز ایدهآل فقط به دمای آن (و درجههای آزادی f) بستگی دارد، نه جداگانه به فشار یا حجم: U = (f/2)nRT.