등압 가열: 일정한 압력에서의 팽창
1 · 예측
가스는 일정한 압력에서 가열되어 팽창합니다(등압). 더 큰 최종 부피로 팽창하게 놔두면 가스가 주변 환경에 더 많은 일을 합니까?
- 최종 부피가 클수록 가스가 수행하는 작업이 줄어듭니다.
- 완료된 작업은 최종 볼륨에 의존하지 않습니다.
- 최종 부피가 클수록 가스가 더 많은 일을 한다는 의미입니다.
2 · 설정
- isobaric-heating 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 1mol의 가스는 일정한 압력에서 24.9L, 300K에서 시작됩니다.
- 챔버의 최종 온도 표시를 활성화하세요.
- 각 시행에 대한 목표(최종) 볼륨을 설정하고 최종 온도와 수행된 작업을 기록합니다.
3 · 데이터 수집
| 최종권 V₂ (L) | 가스가 한 일 W_gas (J) | 최종온도 T² (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
세 번의 시행에 대해 최종 온도 T₂(y축)를 최종 부피 V₂(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 직선이 원점을 지납니까?
4 · 분석
- 한 번의 시행에 대해 P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa를 사용하여 W_gas = P₁(V₂ − V₁)를 계산한 다음 T₂ = T₁·V₂/V₁를 계산합니다. 두 가지를 모두 표와 비교해보세요.
- W_gas = P·ΔV를 사용하여 동일한 일정한 압력에서 부피 변화가 클수록 가스가 더 많은 일을 한다는 것을 의미하는 이유를 설명하십시오.
5 · 확장
- T₂-vs-V₂ 라인은 찰스의 법칙입니다. 즉, 일정한 압력에서 부피와 절대 온도는 정비례합니다. P가 고정되어 있을 때 이것이 PV = nRT에서 직접 나타나는 이유를 설명하십시오.
- 등압 가열 중에 여러분이 더한 열의 일부는 일(팽창)로, 일부는 내부 에너지로 갑니다. 단원자 기체(f = 3)의 경우, 더해진 열 중 더 많은 몫을 가져가는 것은 일항입니까, 내부 에너지항입니까?
이 실험의 물리학
등압 작업
일정한 압력에서 팽창하는 기체가 한 일은 단순히 압력에 부피 변화를 곱한 것입니다. W_gas = P·ΔV — P-V 다이어그램의 수평선 아래 직사각형 영역입니다.