Термодинамика

Изобарное нагревание

Нагрев при постоянном P: газ расширяется и совершает работу.

Изобарное нагревание — интерактивная симуляция (Термодинамика). Нагрев при постоянном P: газ расширяется и совершает работу. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Изобарное нагревание

Нагрев при постоянном P: газ расширяется и совершает работу.

При постоянном давлении нагрев идеального газа заставляет его расширяться: газ совершает работу над окружением, пока температура растёт. Из первого начала Q = ΔU + W; часть поглощённого тепла поднимает внутреннюю энергию, часть оплачивает работу расширения.

• W = PΔV
• Q = ΔU + W

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Газ нагревают при постоянном давлении, и он расширяется (изобарно). Если дать ему расшириться до большего конечного объёма, совершит ли газ больше работы над окружением?

Прогнозы для взвешивания

• Больший конечный объём означает меньше работы газа.
• Совершённая работа не зависит от конечного объёма.
• Больший конечный объём означает больше работы, совершённой газом.

Роли переменных

Что вы задали:

• Конечный объём V₂ (L)

Что вы измеряете:

• Работа газа W_gas (J)
• Конечная температура T₂ (K)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет изобарного нагревания и нажмите «Сброс». 1 mol газа стартует при 24.9 L, 300 K, при постоянном давлении.
2. Включите показание конечной температуры на камере.
3. Задайте целевой (конечный) объём для каждой пробы и запишите конечную температуру и совершённую работу.

Определяющее уравнение

Изобарная работа — W = P·ΔV

При постоянном давлении работа расширяющегося газа — это просто давление на изменение объёма: W_gas = P·ΔV — площадь прямоугольника под горизонтальной линией на P-V диаграмме.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите W_gas = P₁(V₂ − V₁) при P₁ = nRT₁/V₁ = 100 кПа, затем T₂ = T₁·V₂/V₁. Сравните оба значения с таблицей.
• Используя W_gas = P·ΔV, объясните, почему больший рост объёма при том же постоянном давлении означает большую работу газа.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Ваша линия T₂ против V₂ — закон Шарля: при постоянном давлении объём и абсолютная температура прямо пропорциональны. Объясните, почему это напрямую следует из PV = nRT при фиксированном P.
• Часть подводимого при изобарном нагреве тепла идёт в работу (расширение), часть — во внутреннюю энергию. Что получает больше из добавленного тепла у одноатомного газа (f = 3): работа или внутренняя энергия?

• 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

1. Добро пожаловать в изобарное нагревание
2. Выберите камеру
3. Нажмите Play
4. Нагрев при постоянном P
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Уравнение идеального газа