Legea gazelor ideale: presiune, volum și temperatură
1 · Prezice
O cantitate fixă de gaz este sigilată într-un recipient rigid. Dacă o încălzești, ce se întâmplă cu presiunea ei?
- Presiunea scade pe măsură ce temperatura crește.
- Presiunea crește proporțional cu temperatura.
- Presiunea nu depinde de temperatură.
2 · Montaj
- Deschide presetarea ideal-gas-sandbox și apasă Resetează. 1 mol de argon umple un volum fix de 0.0249 m³.
- Activează citirea presiunii pe cameră.
- Setează temperatura gazului pentru fiecare încercare și înregistrează presiunea.
3 · Colectează date
| Temperatura T (K) | Energia internă U (J) | Presiunea P (kPa) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 450.00 | ||
| 600.00 |
Plotează presiunea P (axa y) în funcție de temperatura T (axa x) pentru cele trei încercări. Linia este dreaptă prin origine?
4 · Analizează
- Pentru o încercare, calculează P = nRT/V folosind n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), V = 0.0249 m³. Compară cu tabelul.
- Explică de ce, la volum și cantitate de gaz fixe, presiunea și temperatura absolută sunt direct proporționale.
5 · Extinde
- Legea gazelor ideale cere temperatura în kelvin, nu în Celsius. Explică de ce folosirea Celsius (care permite valori negative și zero) ar strica proporționalitatea directă pe care ai găsit-o.
- Coloana ta de energie internă crește și ea cu temperatura, la volum fix. Explică, folosind U = (f/2)nRT, de ce încălzirea unei cantități fixe de gaz la volum constant îi crește simultan presiunea și energia internă.
Fizica din spatele acestui experiment
Legea gazelor ideale
Pentru n moli de gaz ideal, presiunea, volumul și temperatura sunt blocate împreună de P·V = n·R·T. La n și V fixe, presiunea urcă în proporție directă cu temperatura absolută.
Energia internă a unui gaz ideal
Energia internă a unui gaz ideal depinde doar de temperatura lui (și de gradele de libertate f), nu de presiune sau volum separat: U = (f/2)nRT.
Termodinamică
- Teoria cinetică: temperatură și viteză moleculară
- Compresie izotermă: lucru mecanic la temperatură constantă
- Încălzire izobară: destindere la presiune constantă
- Încălzire izocoră: creșterea presiunii la volum constant
- Destindere adiabatică: răcire fără pierdere de căldură
- Calorimetrie: amestecarea caldului cu recele
- Conducție termică: fluxul de căldură printr-o bară
- Ciclul Carnot: randamentul maxim posibil al unui motor
- Ciclul Otto: modelul idealizat al unui motor cu benzină
- Ciclul Carnot inversat: un frigider
- Ciclul Stirling: etape izoterme cu regenerare
- Variația de entropie într-o destindere izotermă reversibilă