熱力学
等圧加熱
圧一定で加熱：気体は膨張し、仕事をします。
等圧加熱 — インタラクティブな熱力学シミュレーション。圧一定で加熱：気体は膨張し、仕事をします。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
等圧加熱
等圧加熱：気体は膨張し、外部に仕事をします。
一定圧力のもとで理想気体を加熱すると、温度が上がる間に気体が周囲に仕事をできるよう膨張が強いられます。第一法則から Q = ΔU + W であり、吸収された熱の一部は内部エネルギーを高め、一部は膨張の仕事に使われます。
- W = PΔV
- Q = ΔU + W
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
気体を一定圧力で加熱すると膨張します（定圧過程）。最終体積を大きくまで膨張させると、気体は周囲により大きな仕事をするでしょうか？
検討する予測
- 最終体積が大きいほど、気体がする仕事は小さくなります。
- 仕事は最終体積に依存しません。
- 最終体積が大きいほど、気体がする仕事は大きくなります。
可変的な役割
設定するもの：
- 最終体積 V₂ (L)
測定するもの：
- 気体がした仕事 W_gas (J)
- 最終温度 T₂ (K)
実験の進め方
- isobaric-heating プリセットを開いて Reset を押します。1 mol の気体は 24.9 L、300 K、一定圧力で始まります。
- 容器の最終温度の読み出しを有効にします。
- 各試行で目標（最終）体積を設定し、最終温度と仕事を記録します。
支配方程式
定圧仕事 — W = P·ΔV
一定圧力では、膨張する気体がする仕事は圧力と体積変化の積 W_gas = P·ΔV です。P-V 図では水平線の下の長方形の面積に相当します。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa を用いて W_gas = P₁(V₂ − V₁) を計算し、次に T₂ = T₁·V₂/V₁ を求めます。両方を表と比較します。
- W_gas = P·ΔV を用い、同じ一定圧力では体積変化が大きいほど気体のする仕事が大きくなる理由を説明します。
実験以外での活用
- T₂ 対 V₂ の直線はシャルルの法則です。一定圧力では体積と絶対温度は正比例します。P を固定した PV = nRT からこれが直接導かれる理由を説明します。
- 定圧加熱で加えた熱の一部は仕事（膨張）に、一部は内部エネルギーになります。単原子気体（f = 3）では、加えた熱を多く受け取るのは仕事項と内部エネルギー項のどちらでしょうか？
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.4 Thermodynamics
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- 等圧加熱へようこそ
- チャンバーを選択
- 再生
- 等圧加熱
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。