Isotherme compressie: arbeid bij constante temperatuur

1 · Voorspel

Een gas wordt samengeperst tot een kleiner volume terwijl zijn temperatuur constant wordt gehouden (isotherm). Is er meer arbeid nodig om het verder samen te persen?

2 · Opstelling

  1. Open de voorinstelling isothermal-compression en druk op Herstel. 1 mol gas start bij 49,9 L, 300 K.
  2. Zet de aflezing van de arbeid die op het gas is verricht aan.
  3. Stel voor elke meting het doel- (eind-)volume in en noteer de arbeid verricht door het gas.

3 · Verzamel gegevens

Eindvolume V₂ (L)Arbeid verricht door het gas W_gas (J)
24.94
16.63
12.47

Zet voor je drie metingen W_gas (y-as) uit tegen ln(V₂/V₁) (x-as), met V₁ = 49.9 L.

4 · Analyseer

  1. Reken voor één meting W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) uit met n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K. Vergelijk met de tabel.
  2. W_gas is in elke meting negatief. Leg uit wat een negatieve waarde natuurkundig betekent voor een gas dat wordt samengeperst en waarom samenpersen tot een kleinere V₂ W_gas negatiever maakt.

5 · Verdiep

  1. Omdat ΔU = 0 voor elk isotherm proces (de temperatuur verandert niet), zegt de eerste hoofdwet dat hier ook Q = W_gas geldt. Stroomt er tijdens deze compressie warmte het gas in of uit? Leg uit met je tekenconventie.
  2. Om het gas tijdens het samenpersen op constante temperatuur te houden hebben echte experimenten een warmtereservoir in contact met de cilinder nodig. Leg uit waarom compressie het gas zou opwarmen als dat reservoir er niet was.

De natuurkunde achter dit experiment

Eerste hoofdwet van de thermodynamica

De verandering van inwendige energie is warmte toegevoegd min arbeid verricht door het gas: ΔU = Q − W. Voor een isotherm ideaalgasproces is ΔU = 0, dus alle arbeid op het gas verricht verlaat het gas als warmte.

← Terug naar experiment

Thermodynamica

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde