Zakon idealnog plina: tlak, volumen i temperatura
1 · Predviđanje
Fiksna količina plina zatvorena je u kruti spremnik. Ako je zagriješ, što se događa s tlakom?
- Tlak pada kako temperatura raste.
- Tlak raste razmjerno s temperaturom.
- Tlak ne ovisi o temperaturi.
2 · Postava
- Otvori postav ideal-gas-sandbox i pritisni Resetiraj. 1 mol argona ispunjava fiksni volumen od 0.0249 m³.
- Omogući očitanje tlaka na komori.
- Postavi temperaturu plina za svaki pokušaj i zabilježi tlak.
3 · Prikupljanje podataka
| Temperatura T (K) | Unutarnja energija U (J) | Tlak P (kPa) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 450.00 | ||
| 600.00 |
Nacrtaj tlak P (y-os) naspram temperature T (x-os) za svoja tri pokušaja. Je li crta pravac kroz ishodište?
4 · Analiza
- Za jedan pokušaj izračunaj P = nRT/V koristeći n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), V = 0.0249 m³. Usporedi s tablicom.
- Objasni zašto su, pri fiksnom volumenu i količini plina, tlak i apsolutna temperatura izravno razmjerni.
5 · Proširenje
- Zakon idealnog plina zahtijeva temperaturu u kelvinima, a ne Celzijevim. Objasni zašto bi upotreba Celzijevih (koji dopuštaju negativne i nule vrijednosti) pokvarila izravnu razmjernost koju si našao.
- Tvoj stupac unutarnje energije također raste s temperaturom, pri fiksnom volumenu. Objasni, koristeći U = (f/2)nRT, zašto zagrijavanje fiksne količine plina pri stalnom volumenu povećava zajedno i tlak i unutarnju energiju.
Fizika iza ovog pokusa
Zakon idealnog plina
Za n molova idealnog plina, tlak, volumen i temperatura vezani su s P·V = n·R·T. Pri fiksnom n i V, tlak raste izravno razmjerno apsolutnoj temperaturi.
Unutarnja energija idealnog plina
Unutarnja energija idealnog plina ovisi samo o temperaturi (i stupnjevima slobode f), ne o tlaku ni volumenu posebno: U = (f/2)nRT.
Termodinamika
- Kinetička teorija: temperatura i brzina molekula
- Izotermna kompresija: rad pri stalnoj temperaturi
- Izobarno zagrijavanje: širenje pri stalnom tlaku
- Izohorno zagrijavanje: porast tlaka pri stalnom volumenu
- Adijabatsko širenje: hlađenje bez gubitka topline
- Kalorimetrija: miješanje vrućeg i hladnog
- Toplinska provodnost: tok topline kroz šipku
- Carnotov ciklus: najveća moguća korisnost motora
- Ottov ciklus: idealizirani model benzinskog motora
- Obrnuti Carnotov ciklus: rashladni stroj
- Stirlingov ciklus: izotermne dionice s regeneracijom
- Promjena entropije u reverzibilnom izotermnom širenju