熱力学
等積加熱
体積一定で加熱：すべての熱が内部エネルギーを高めます。
等積加熱 — インタラクティブな熱力学シミュレーション。体積一定で加熱：すべての熱が内部エネルギーを高めます。 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。
等積加熱
等積加熱：すべての熱が内部エネルギーを増やします。
剛体壁では仕事ができない（W = 0）ため、第一法則は Q = ΔU に帰着します。熱の一ジュールごとに分子運動エネルギーが直接増加し、基本過程の中で単位熱量あたり最も急な温度上昇を生みます。
- W = 0
- Q = ΔU
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
剛体の密閉容器で気体を加熱すると体積は変化できません（定積）。気体が膨張できないなら、加えた熱はすべてどこへ行くのでしょうか？
検討する予測
- 一定体積では仕事がないため、熱はすべて内部エネルギーになります。
- 容器が剛体でも、熱の大部分は仕事になります。
- 他の過程と同様、熱は仕事と内部エネルギーに均等に分かれます。
可変的な役割
設定するもの：
- 最終温度 T₂ (K)
測定するもの：
- 最終圧力 P₂ (kPa)
- 加えた熱 Q (J)
実験の進め方
- isochoric-heating プリセットを開いて Reset を押します。1 mol の気体を 0.0249 m³ に封入し、300 K から始めます。
- 圧力と加熱量の読み出しを有効にします。
- 各試行で目標（最終）温度を設定し、最終圧力と加熱量を記録します。
支配方程式
定積加熱と内部エネルギー — U = f/2·n·R·T
一定体積では気体は仕事をしない（W_gas = 0）ため、加えた熱の全てが内部エネルギーに直接入り、Q = ΔU = (f/2)nRΔT となります。
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 n = 1 mol、V = 0.0249 m³ を用いて P₂ = nRT₂/V を計算し、さらに f = 3、T₁ = 300 K として Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) を求めます。両方を表と比較します。
- 気体は膨張できず W_gas = 0 なので、第一法則から Q = ΔU です。ここで加えた熱のすべてが内部エネルギーになる理由を、定圧加熱実験と対比して説明します。
実験以外での活用
- P₂ 対 T₂ の関係はゲイ＝リュサックの法則です。一定体積では圧力と絶対温度は正比例します。V を固定した PV = nRT からこれが導かれる理由を説明します。
- 密閉圧力鍋では蒸気が膨張できず圧力（したがって温度）が 100°C を大きく超えるため、食品を速く加熱できます。
- 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
- 等積加熱へようこそ
- チャンバーを選択
- 再生
- 等積加熱
- 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。