Termodynamiikka

Isobaarinen lämmitys

Lämmitä vakiopaineessa: kaasu laajenee ja tekee työtä.

Isobaarinen lämmitys – interaktiivinen Termodynamiikka-simulaatio. Lämmitä vakiopaineessa: kaasu laajenee ja tekee työtä. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Isobaarinen lämmitys

Lämmitä vakiopaineessa: kaasu laajenee ja tekee työtä.

Vakiopaineessa ideaalikaasun lämmittäminen pakottaa laajenemisen, jotta kaasu voi tehdä työtä ympäristöön lämpötilan noustessa. Ensimmäisestä laista Q = ΔU + W; osa imeytyneestä lämmöstä kasvattaa sisäenergiaa ja osa maksaa laajenemistyön.

• W = PΔV
• Q = ΔU + W

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Kaasua lämmitetään vakiopaineessa, joten se laajenee (isobaarinen). Jos annat sen laajeta suurempaan lopputilavuuteen, tekeekö kaasu enemmän työtä ympäristöönsä?

Punniteltavat ennusteet

• Suurempi lopputilavuus tarkoittaa vähemmän kaasun tekemää työtä.
• Tehty työ ei riipu lopputilavuudesta.
• Suurempi lopputilavuus tarkoittaa enemmän kaasun tekemää työtä.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Lopputilavuus V₂ (L)

Mitä mittaat:

• Kaasun tekemä työ W_gas (J)
• Loppulämpötila T₂ (K)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa isobaarinen lämmitys -esiasetus ja paina Nollaa. 1 mol kaasua alkaa arvoista 24.9 L, 300 K, vakiopaineessa.
2. Ota käyttöön loppulämpötilan lukema kammiosta.
3. Aseta tavoite (loppu)tilavuus jokaiselle suoritukselle ja kirjaa lopputilavuus ja tehty työ.

Hallitseva yhtälö

Isobaarinen työ — W = P·ΔV

Vakiopaineessa laajenevan kaasun tekemä työ on yksinkertaisesti paine kertaa tilavuusmuutos: W_gas = P·ΔV – suorakulmion pinta-ala vaakasuoran viivan alla P-V-kaaviossa.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske W_gas = P₁(V₂ − V₁) arvolla P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa, sitten T₂ = T₁·V₂/V₁. Vertaa molempia taulukkoon.
• Selitä kaavalla W_gas = P·ΔV, miksi suurempi tilavuusmuutos samalla vakiopaineella merkitsee enemmän kaasun tekemää työtä.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• T₂-vs-V₂-viivasi on Charlen laki: vakiopaineessa tilavuus ja absoluuttinen lämpötila ovat suoraan verrannollisia. Selitä, miksi tämä seuraa suoraan kaavasta PV = nRT, kun P pidetään kiinteänä.
• Osa isobaarisen lämmityksen aikana lisäämästäsi lämmöstä menee työhön (laajeneminen) ja osa sisäenergiaan. Kumpi saa enemmän lisätyä lämpöä yksiatomiselle kaasulle (f = 3): työterminä vai sisäenergiaterminä?

• AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
• IB Physics — B.4 Thermodynamics
• General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
• NGSS High School Physics — Thermal energy transfer

1. Tervetuloa isobaariseen lämmitykseen
2. Valitse kammio
3. Paina Toista
4. Lämmitys vakiopaineessa
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Ideaalikaasulaki