Pemanasan Isochoric: Kenaikan Tekanan pada Volume Konstan
1 · Memprediksi
Suatu gas dipanaskan dalam wadah yang kaku dan tertutup rapat, sehingga volumenya tidak dapat berubah (isokhorik). Karena gas tidak dapat memuai, ke manakah panas tambahannya pergi?
- Semua panas diubah menjadi energi dalam, karena tidak ada usaha yang dilakukan pada volume konstan.
- Sebagian besar panas menjadi kerja meskipun wadahnya kaku.
- Panas terbagi secara merata antara kerja dan energi internal, sama seperti proses lainnya.
2 · Pengaturan
- Buka preset pemanasan isokorik dan tekan Reset. 1 mol gas disegel pada 0,0249 m³, dimulai pada 300 K.
- Aktifkan pembacaan tekanan dan tambahan panas.
- Tetapkan suhu target (akhir) untuk setiap percobaan, dan catat tekanan akhir dan panas yang ditambahkan.
3 · Kumpulkan Data
| Suhu akhir T₂ (K) | Tekanan akhir P₂ (kPa) | Panas yang ditambahkan Q (J) |
|---|---|---|
| 350.00 | ||
| 450.00 | ||
| 550.00 |
Plot penambahan kalor Q (sumbu y) terhadap suhu akhir T₂ (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda.
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung P₂ = nRT₂/V menggunakan n = 1 mol, V = 0.0249 m³, lalu Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) menggunakan f = 3 , T₁ = 300 K. Bandingkan keduanya dengan tabel.
- Karena gas tidak dapat memuai (W_gas = 0), hukum pertama memberikan Q = ΔU dengan tepat. Jelaskan mengapa setiap joule panas yang ditambahkan muncul seluruhnya sebagai energi dalam di sini, tidak seperti eksperimen pemanasan isobarik.
5 · Perluas
- Hubungan P₂-vs-T₂ Anda adalah Hukum Gay-Lussac: pada volume konstan, tekanan berbanding lurus dengan suhu absolut. Jelaskan mengapa hal ini mengikuti dari PV = nRT ketika V tetap.
- Kompor bertekanan yang tertutup memanaskan makanan lebih cepat karena uap yang terperangkap tidak dapat mengembang, sehingga tekanan (dan suhu) meningkat jauh di atas 100°C. Gunakan hubungan eksperimen ini untuk menjelaskan mengapa wadah kaku yang tertutup rapat memungkinkan suhu naik lebih tinggi untuk masukan panas yang sama dibandingkan wadah terbuka.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Pemanasan Isochoric dan Energi Internal
Pada volume konstan, gas tidak melakukan kerja (W_gas = 0), sehingga setiap joule panas yang ditambahkan langsung diubah menjadi energi dalam: Q = ΔU = (f/2)nRΔT.