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 lopputilavuus- ja 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