Termodynamiikka

Isokoorinen lämmitys

Lämmitä vakiotilavuudessa: kaikki lämpö kasvattaa sisäenergiaa.

Isokoorinen lämmitys – interaktiivinen Termodynamiikka-simulaatio. Lämmitä vakiotilavuudessa: kaikki lämpö kasvattaa sisäenergiaa. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Isokoorinen lämmitys

Lämmitä vakiotilavuudessa: kaikki lämpö kasvattaa sisäenergiaa.

Jäykillä seinillä työtä ei voida tehdä (W = 0), joten ensimmäinen laki pelkistyy muotoon Q = ΔU. Jokainen joule lämpöä kasvattaa suoraan molekyylien liike-energiaa tuottaen jyrkimmän lämpötilan nousun per lämpöyksikkö perusprosesseista.

• W = 0
• Q = ΔU

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 jäykässä, suljetussa astiassa, joten sen tilavuus ei voi muuttua (isokoorinen). Koska kaasu ei voi laajeta, minne kaikki lisätty lämpö menee?

Punniteltavat ennusteet

• Kaikki lämpö menee sisäenergiaan, koska vakitilavuudessa ei tehdä työtä.
• Suurin osa lämmöstä muuttuu työksi, vaikka astia on jäykkä.
• Lämpö jakautuu tasaisesti työn ja sisäenergian välillä, kuten muissakin prosesseissa.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Loppulämpötila T₂ (K)

Mitä mittaat:

• Lopppupaine P₂ (kPa)
• Lisätty lämpö Q (J)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa isokoorinen lämmitys -esiasetus ja paina Nollaa. 1 mol kaasua on suljettu tilavuuteen 0.0249 m³, alkaen 300 K.
2. Ota käyttöön paineen ja lisätyn lämmön lukemat.
3. Aseta tavoite (loppu)lämpötila jokaiselle suoritukselle ja kirjaa lopppupaine ja lisätty lämpö.

Hallitseva yhtälö

Isokoorinen lämmitys ja sisäenergia — U = f/2·n·R·T

Vakiotilavuudessa kaasu ei tee työtä (W_gas = 0), joten jokainen lisätyn lämmön joule menee suoraan sisäenergiaan: Q = ΔU = (f/2)nRΔT.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske P₂ = nRT₂/V arvoilla n = 1 mol, V = 0.0249 m³, sitten Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) arvoilla f = 3, T₁ = 300 K. Vertaa molempia taulukkoon.
• Koska kaasu ei voi laajeta (W_gas = 0), ensimmäinen laki antaa Q = ΔU täsmälleen. Selitä, miksi jokainen lisätyn lämmön joule ilmestyy kokonaan sisäenergiana tässä, toisin kuin isobaarisessa lämmityskokeessa.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• P₂-vs-T₂-suhteesi on Gay-Lussacin laki: vakiotilavuudessa paine on suoraan verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan. Selitä, miksi tämä seuraa kaavasta PV = nRT, kun V on kiinteä.
• Suljettu painekeitin lämmittää ruokaa nopeammin osittain siksi, että vangittu höyry ei voi laajeta, joten paine (ja lämpötila) nousee selvästi arvon 100 °C ylle. Käytä tämän kokeen suhdetta selittääksesi, miksi suljettu jäykkä astia antaa lämpötilan nousta korkeammalle samalla lämmönsyötöllä kuin avoin astia.

• 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 isokooriseen lämmitykseen
2. Valitse kammio
3. Paina Toista
4. Lämmitys vakiotilavuudessa
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