Nagrzewanie izochoryczne: wzrost ciśnienia w stałej objętości

1 · Prognoza

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?

• 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.

2 · Przygotowanie

1. Otwórz preset nagrzewania izochorycznego i naciśnij Reset. 1 mol gazu zamknięto w 0.0249 m³, startując od 300 K.
2. Włącz odczyty ciśnienia i dodanego ciepła.
3. Ustaw temperaturę docelową (końcową) dla każdej próby, i zapisz ciśnienie końcowe i dodane ciepło.

3 · Zbieranie danych

Narysuj dodane ciepło Q (oś y) względem temperatury końcowej T₂ (oś x) dla trzech prób.

4 · Analiza

1. 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.
2. 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.

5 · Rozszerzenie

1. 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.
2. 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.

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu