Thermodynamique
Chauffage isochore
Chauffez à V constant : toute la chaleur augmente l'énergie interne.
Chauffage isochore — simulation interactive de Thermodynamique. Chauffez à V constant : toute la chaleur augmente l'énergie interne. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.
Chauffage isochore
Chauffage à V constante : toute la chaleur augmente l'énergie interne.
Avec des parois rigides, aucun travail ne peut être effectué (W = 0), donc le premier principe se réduit à Q = ΔU. Chaque joule de chaleur augmente directement l'énergie cinétique moléculaire, produisant la plus forte hausse de température par unité de chaleur parmi les processus de base.
- Travail = zéro
- Chaleur = variation d'énergie interne
Mémoire d'enquête
Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire
Le brief reprend la page pré-rendue : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.
Question de conduite
Un gaz est chauffé dans un récipient rigide et scellé, son volume ne peut donc pas changer (isochorique). Puisque le gaz ne peut pas se dilater, où va toute la chaleur ajoutée ?
Des pronostics à peser
- Toute la chaleur va en énergie interne, puisqu’aucun travail ne s’effectue à volume constant.
- La majeure partie de la chaleur devient du travail même si le récipient est rigide.
- La chaleur se répartit uniformément entre le travail et l’énergie interne, tout comme les autres processus.
Rôles variables
Ce que vous définissez :
- Température finale T₂ (K)
Ce que vous mesurez :
- Pression finale P₂ (kPa)
- Chaleur ajoutée Q (J)
Comment se déroule l'enquête
- Ouvrez le préréglage « échauffement isochore » et appuyez sur Réinitialiser. 1 mole de gaz est scellée à 0.0249 m³, en partant de 300 K.
- Activez les lectures de pression et de chaleur ajoutée.
- Réglez la température cible (finale) pour chaque essai et enregistrez la pression finale et la chaleur ajoutée.
Équation gouvernante
Chauffage isochore et énergie interne — U = f/2·n·R·T
À volume constant, un gaz ne fonctionne pas (W_gas = 0), donc chaque joule de chaleur ajoutée va directement en énergie interne : Q = ΔU = (f/2)nRΔT.
Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre
- Pour un essai, calculez P₂ = nRT₂/V en utilisant n = 1 mol, V = 0.0249 m³, puis Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) en utilisant f = 3, T₁ = 300 K. Comparez les deux au tableau.
- Puisque le gaz ne peut pas se dilater (W_gas = 0), la première loi donne Q = ΔU exactement. Expliquez pourquoi chaque joule de chaleur ajoutée apparaît ici entièrement sous forme d'énergie interne, contrairement à l'expérience de chauffage isobare.
Où cela apparaît au-delà du laboratoire
- Votre relation P₂-vs-T₂ est la loi de Gay-Lussac : à volume constant, la pression est directement proportionnelle à la température absolue. Expliquez pourquoi cela découle de PV = nRT lorsque V est fixe.
- Un autocuiseur scellé chauffe les aliments plus rapidement, en partie parce que la vapeur emprisonnée ne peut pas se dilater, donc la pression (et la température) s'élèvent bien au-dessus de 100°C. Utilisez la relation de cette expérience pour expliquer pourquoi un récipient rigide scellé permet à la température de grimper plus haut pour le même apport de chaleur qu'un récipient ouvert.
- 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
- Bienvenue dans le chauffage isochore
- Sélectionnez la enceinte
- Appuyez sur Lecture
- Calentamiento a V constante
- Ouvrez l'Inspecteur
- Bravo !
Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.
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