Riscaldamento isobaro: espansione a pressione costante
1 · Prevedi
Un gas è riscaldato a pressione costante e si espande (isobaro). Se lo lasci espandere a un volume finale maggiore, il gas compie più lavoro sull'ambiente?
- Un volume finale maggiore significa meno lavoro del gas.
- Il lavoro non dipende dal volume finale.
- Un volume finale maggiore significa più lavoro del gas.
2 · Configurazione
- Apri il preset riscaldamento isobaro e premi Reimposta. 1 mol di gas parte a 24.9 L, 300 K, a pressione costante.
- Attiva la lettura della temperatura finale sulla camera.
- Imposta il volume finale per ogni prova e registra temperatura finale e lavoro compiuto.
3 · Raccogli dati
| Volume finale V₂ (L) | Lavoro del gas W_gas (J) | Temperatura finale T₂ (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
Traccia T₂ (asse y) contro V₂ (asse x) per le tre prove. La linea è retta per l'origine?
4 · Analizza
- Per una prova, calcola W_gas = P₁(V₂ − V₁) usando P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa, poi T₂ = T₁·V₂/V₁. Confronta entrambi con la tabella.
- Spiega, usando W_gas = P·ΔV, perché una variazione di volume maggiore alla stessa pressione costante significa più lavoro compiuto dal gas.
5 · Estendi
- La tua retta T₂ contro V₂ è la legge di Charles: a pressione costante, volume e temperatura assoluta sono direttamente proporzionali. Spiega perché segue direttamente da PV = nRT quando P è tenuto fisso.
- Parte del calore aggiunto durante il riscaldamento isobaro va in lavoro (espansione) e parte in energia interna. Quale riceve più calore aggiunto per un gas monoatomico (f = 3): il termine di lavoro o quello di energia interna?
La fisica dietro questo esperimento
Lavoro isobaro
A pressione costante, il lavoro compiuto da un gas in espansione è semplicemente pressione per variazione di volume: W_gas = P·ΔV — l'area di un rettangolo sotto una linea orizzontale su un diagramma P-V.