Termodynamika
Nagrzewanie izochoryczne
Ogrzewanie przy stałym V: całe ciepło podnosi energię wewnętrzną.
Nagrzewanie izochoryczne — interaktywna symulacja: Termodynamika. Ogrzewanie przy stałym V: całe ciepło podnosi energię wewnętrzną. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Nagrzewanie izochoryczne
Ogrzewanie przy stałym V: całe ciepło podnosi energię wewnętrzną.
Przy sztywnych ściankach żadna praca nie może być wykonana (W = 0), więc pierwsza zasada redukuje się do Q = ΔU. Każdy dżul ciepła bezpośrednio zwiększa kinetyczną energię cząsteczek, dając najbardziej stromy wzrost temperatury na jednostkę ciepła spośród procesów podstawowych.
- W = 0
- Q = ΔU
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Gaz ogrzewany jest w sztywnym, zamkniętym zbiorniku, więc jego objętość nie może się zmienić (izochorycznie). Skoro gaz nie może się rozprężyć, dokąd idzie całe dodane ciepło?
Prognozy do rozważenia
- Całe ciepło idzie w energię wewnętrzną, bo przy stałej objętości nie wykonuje się praca.
- Większość ciepła staje się pracą, choć zbiornik jest sztywny.
- Ciepło dzieli się równo między pracę i energię wewnętrzną, jak w innych przemianach.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Temperatura końcowa T₂ (K)
Co mierzysz:
- Ciśnienie końcowe P₂ (kPa)
- Dodane ciepło Q (J)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset nagrzewania izochorycznego i naciśnij Reset. 1 mol gazu zamknięto w 0.0249 m³, startując od 300 K.
- Włącz odczyty ciśnienia i dodanego ciepła.
- Ustaw temperaturę docelową (końcową) dla każdej próby, i zapisz ciśnienie końcowe i dodane ciepło.
Równanie rządzące
Nagrzewanie izochoryczne i energia wewnętrzna — U = f/2·n·R·T
Przy stałej objętości gaz nie wykonuje pracy (W_gas = 0), więc każdy dżul dodanego ciepła idzie prosto w energię wewnętrzną: Q = ΔU = (f/2)nRΔT.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz P₂ = nRT₂/V przy n = 1 mol; V = 0.0249 m³, a potem Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) przy f = 3; T₁ = 300 K. Porównaj obie wartości z tabelą.
- Ponieważ gaz nie może się rozprężyć (W_gas = 0), pierwsza zasada daje dokładnie Q = ΔU. Wyjaśnij, dlaczego każdy dżul dodanego ciepła trafia tu w całości w energię wewnętrzną — w przeciwieństwie do eksperymentu ogrzewania izobarycznego.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Twoja zależność P₂ od T₂ to prawo Gay-Lussaca: przy stałej objętości ciśnienie jest wprost proporcjonalne do temperatury absolutnej. Wyjaśnij, dlaczego wynika to z PV = nRT przy ustalonym V.
- Zamknięty szybkowar gotuje jedzenie szybciej m.in. dlatego, że uwięziona para nie może się rozprężyć, więc ciśnienie (i temperatura) rosną wysoko ponad 100°C. Zależnością z tego eksperymentu wyjaśnij, dlaczego zamknięty sztywny zbiornik pozwala temperaturze wspiąć się wyżej przy tym samym dopływie ciepła niż otwarty.
- 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
- Witamy w nagrzewaniu izochorycznym
- Zaznacz komorę
- Naciśnij Play
- Ogrzewanie przy stałym V
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →