Riscaldamento isocoro: salita di pressione a volume costante

1 · Prevedi

Un gas è riscaldato in un contenitore rigido sigillato: il volume non può cambiare (isocoro). Non potendosi espandere, dove finisce tutto il calore aggiunto?

• Tutto il calore va in energia interna: a volume costante il lavoro è nullo.
• La maggior parte del calore diventa lavoro pur essendo il contenitore rigido.
• Il calore si divide a metà tra lavoro ed energia interna, come negli altri processi.

2 · Configurazione

1. Apri il preset riscaldamento isocoro e premi Reimposta. 1 mol di gas è sigillata a 0.0249 m³, partendo da 300 K.
2. Attiva le letture di pressione e calore aggiunto.
3. Imposta la temperatura finale per ogni prova e registra pressione finale e calore aggiunto.

3 · Raccogli dati

Traccia Q (asse y) contro T₂ (asse x) per le tre prove.

4 · Analizza

1. Per una prova, calcola P₂ = nRT₂/V usando n = 1 mol; V = 0.0249 m³, poi Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) usando f = 3; T₁ = 300 K. Confronta entrambi con la tabella.
2. Poiché il gas non può espandersi (W_gas = 0), il primo principio dà esattamente Q = ΔU. Spiega perché ogni joule di calore aggiunto qui finisce interamente in energia interna, a differenza dell'esperimento di riscaldamento isobaro.

5 · Estendi

1. La tua relazione P₂ contro T₂ è la legge di Gay-Lussac: a volume costante, la pressione è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta. Spiega perché segue da PV = nRT quando V è fissato.
2. Una pentola a pressione sigillata cuoce più in fretta anche perché il vapore intrappolato non può espandersi: pressione (e temperatura) salgono ben sopra i 100°C. Con la relazione di questo esperimento, spiega perché un contenitore rigido sigillato porta la temperatura più in alto a parità di calore immesso rispetto a uno aperto.

La fisica dietro questo esperimento

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