定積加熱：一定体積での圧力上昇

1 · 予測

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？

• 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。

2 · 準備

1. 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。
2. 圧力と加熱量の読み出しを有効にします。
3. 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。

3 · データ収集

3回の試行について、加えた熱 Q（縦軸）を最終温度 T₂（横軸）に対してプロットします。

4 · 分析

1. 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。
2. 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。

5 · 発展

1. 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。
2. 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。

この実験の物理

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