Compressione isoterma: lavoro a temperatura costante
1 · Prevedi
Un gas è compresso a volume minore mantenendo la temperatura costante (isoterma). Serve più lavoro per comprimerlo oltre?
- Comprimere a un volume finale minore richiede meno lavoro.
- Comprimere a un volume finale minore richiede più lavoro (W_gas più negativo).
- Il lavoro è lo stesso qualunque sia il volume finale.
2 · Configurazione
- Apri il preset compressione isoterma e premi Reimposta. 1 mol di gas parte a 49.9 L, 300 K.
- Attiva la lettura del lavoro compiuto sul gas.
- Imposta il volume finale per ogni prova e registra il lavoro compiuto dal gas.
3 · Raccogli dati
| Volume finale V₂ (L) | Lavoro del gas W_gas (J) |
|---|---|
| 24.94 | |
| 16.63 | |
| 12.47 |
Rappresenta W_gas (asse y) contro ln(V₂/V₁) (asse x) per le tue tre prove, usando V₁ = 49.9 L.
4 · Analizza
- Per una prova, calcola W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) usando n = 1 mol; R = 8.314 J/(mol·K); T = 300 K. Confronta con la tabella.
- W_gas è negativo in ogni prova. Spiega cosa significa fisicamente un valore negativo per un gas compresso, e perché comprimere a V₂ minore rende W_gas più negativo.
5 · Estendi
- Poiché ΔU = 0 per qualunque processo isoterma (la temperatura non cambia), il primo principio dice anche qui Q = W_gas. Durante questa compressione il calore fluisce dentro o fuori dal gas? Spiega usando la tua convenzione dei segni.
- Per mantenere il gas a temperatura costante comprimendolo, gli esperimenti reali richiedono un serbatoio termico a contatto col cilindro. Spiega perché la compressione riscalderebbe il gas senza quel serbatoio.
La fisica dietro questo esperimento
Primo principio della termodinamica
La variazione di energia interna è uguale al calore fornito meno il lavoro compiuto dal gas: ΔU = Q − W. Per un processo isoterma di gas ideale, ΔU = 0, quindi tutto il lavoro compiuto sul gas esce come calore.