تراکم همدما: کار در دمای ثابت
1 · پیشبینی
گازی تا حجم کوچکتری فشرده میشود در حالی که دمایش ثابت نگه داشته شده (همدما). برای فشردهکردن بیشتر، کار بیشتری لازم است؟
- تراکم به حجم نهایی کوچکتر، کار کمتری میخواهد.
- تراکم به حجم نهایی کوچکتر، کار بیشتر میخواهد (Wgas منفیتر).
- کار لازم مستقل از حجم نهایی همان است.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم تراکم همدما را باز کنید و Reset بزنید. 1 مول گاز از 49.9 L و 300 K شروع میکند.
- قرائت کارِ انجامشده بر گاز را فعال کنید.
- حجم هدف (نهایی) را برای هر آزمایش تنظیم کنید و کارِ گاز را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| حجم نهایی V₂ (L) | کار انجامشده توسط گاز W_gas (J) |
|---|---|
| 24.94 | |
| 16.63 | |
| 12.47 |
برای سه آزمایش خود، W_gas (محور y) را برحسب ln(V₂/V₁) (محور x) رسم کنید، با V₁ = 49.9 L.
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، با n = 1 mol و R = 8.314 J/(mol·K) و T = 300 K مقدار W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) را حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- W_gas در هر آزمایش منفی است. توضیح دهید مقدار منفی برای گازِ در حال تراکم فیزیکی چه معنایی دارد و چرا تراکم به V₂ کوچکتر، W_gas را منفیتر میکند.
5 · گسترش
- چون ΔU = 0 برای هر فرایند همدما (دما تغییر نمیکند)، قانون اول اینجا نیز میگوید Q = W_gas. در این تراکم، گرما به داخل گاز جریان دارد یا از آن خارج؟ با قرارداد علامت خود توضیح دهید.
- برای نگهداشتن دمای گاز هنگام تراکم، آزمایشهای واقعی به مخزن گرماییِ در تماس با سیلندر نیاز دارند. توضیح دهید چرا بدون آن مخزن، تراکم گاز را گرم میکرد.
فیزیک پشت این آزمایش
قانون اول ترمودینامیک
تغییر انرژی درونی برابر است با گرمای افزوده منهای کار انجامشده توسط گاز: ΔU = Q − W. در فرایند همدمای گاز ایدهآل، ΔU = 0 است، پس تمام کاری که روی گاز انجام میشود بهصورت گرما خارج میشود.