گرمایش همفشار: انبساط در فشار ثابت
1 · پیشبینی
گازی در فشار ثابت گرم میشود، پس منبسط میشود (همفشار). اگر بگذارید به حجم نهایی بزرگتری برسد، گاز کار بیشتری بر محیطش میکند؟
- حجم نهایی بزرگتر یعنی کار کمترِ گاز.
- کار انجامشده به حجم نهایی بستگی ندارد.
- حجم نهایی بزرگتر یعنی کار بیشترِ گاز.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم گرمایش همفشار را باز کنید و Reset بزنید. 1 مول گاز از 24.9 L و 300 K در فشار ثابت شروع میکند.
- قرائت دمای نهایی را روی اتاقک فعال کنید.
- حجم هدف (نهایی) را برای هر آزمایش تنظیم کنید و دمای نهایی و کار انجامشده را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| حجم نهایی V₂ (L) | کار انجامشده توسط گاز W_gas (J) | دمای نهایی T₂ (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
برای سه آزمایش، دمای نهایی T₂ (محور y) را بر حسب حجم نهایی V₂ (محور x) رسم کنید. آیا خط از مبدأ صاف میگذرد؟
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، با P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa مقدار W_gas = P₁(V₂ − V₁) و سپس T₂ = T₁·V₂/V₁ را حساب کنید. هر دو را با جدول مقایسه کنید.
- با استفاده از W_gas = P·ΔV توضیح دهید چرا تغییر حجم بزرگتر در همان فشار ثابت یعنی کار بیشترِ گاز.
5 · گسترش
- خط T₂ برحسب V₂ شما قانون شارل است: در فشار ثابت، حجم و دمای مطلق مستقیماً متناسباند. توضیح دهید چرا این نتیجه مستقیم PV = nRT وقتی P ثابت نگه داشته میشود.
- در گرمایش همفشار، بخشی از گرمایی که میدهید صرف کار (انبساط) میشود و بخشی صرف انرژی درونی. برای گاز تکاتمی (f = 3) کدام سهم بیشتری از گرمای افزوده میبرد: جملهٔ کار یا جملهٔ انرژی درونی؟
فیزیک پشت این آزمایش
کار همفشار
در فشار ثابت، کار انجامشده توسط گازِ منبسطشده بهسادگی حاصلضرب فشار در تغییر حجم است: W_gas = P·ΔV — مساحت مستطیل زیر خط افقی روی نمودار P-V.