熱力学
等温圧縮
一定の T で圧縮：ΔU = 0、したがって Q = W。
等温圧縮 — インタラクティブな熱力学シミュレーション。一定の T で圧縮：ΔU = 0、したがって Q = W。 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。
等温過程
等温圧縮：ΔU = 0 なので Q = W です。
等温過程では理想気体の内部エネルギーは温度のみに依存するため、ΔU = 0 です。気体に対して行われた仕事はすべて熱として貯蔵庫に出ていかなければなりません。ピストンが動くにつれてP-V曲線が PV = 一定 に従う様子を観察してください。
- ΔU = 0
- Q = 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
温度を一定に保ったまま気体を小さな体積へ圧縮します（等温）。さらに圧縮するには、より大きな仕事が必要でしょうか？
検討する予測
- 最終体積を小さくするほど、必要な仕事は小さくなります。
- 最終体積を小さくするほど、より大きな仕事（より負の Wgas）が必要です。
- 必要な仕事は最終体積によらず同じです。
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)
実験の進め方
- isothermal-compression プリセットを開いて Reset を押します。1 mol の気体は 49.9 L、300 K から始まります。
- 気体にされた仕事の読み出しを有効にします。
- 各試行で目標体積を設定し、気体がした仕事を記録します。
支配方程式
熱力学第一法則 — ΔU = Q − W
内部エネルギーの変化は、加えた熱から気体がした仕事を引いたものです：ΔU = Q − W。理想気体の等温過程では ΔU = 0 です。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- n = 1 mol、R = 8.314 J/(mol·K)、T = 300 K を用いて W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) を計算します。表と比較します。
- 全ての試行で W_gas は負です。負の値の物理的意味と、V₂ を小さくすると W_gas がより負になる理由を説明します。
実験以外での活用
- 等温過程では ΔU = 0 なので Q = W_gas です。この圧縮中、熱は気体へ流入しますか、流出しますか？
- 熱溜まりがなければ圧縮で気体が温まる理由を説明します。
- 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
- 等温圧縮へようこそ
- チャンバーを選択
- 再生
- 一定温度での圧縮
- 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。