Термодинамика

Изохорное нагревание

Нагрев при постоянном V: вся теплота повышает внутреннюю энергию.

Изохорное нагревание — интерактивная симуляция (Термодинамика). Нагрев при постоянном V: вся теплота повышает внутреннюю энергию. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Изохорное нагревание

Нагрев при постоянном V: вся теплота повышает внутреннюю энергию.

При жёстких стенках работа невозможна (W = 0), поэтому первое начало сводится к Q = ΔU. Каждый джоуль тепла напрямую увеличивает кинетическую энергию молекул, давая самый крутой рост температуры на единицу тепла среди базовых процессов.

• W = 0
• Q = ΔU

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 в жёстком герметичном сосуде, и объём меняться не может (изохорно). Раз газ не может расширяться, куда девается вся подведённая теплота?

Прогнозы для взвешивания

• Вся теплота идёт во внутреннюю энергию: при постоянном объёме работа не совершается.
• Большая часть теплоты становится работой, хотя сосуд жёсткий.
• Теплота делится поровну между работой и внутренней энергией, как в других процессах.

Роли переменных

Что вы задали:

• Конечная температура T₂ (K)

Что вы измеряете:

• Конечное давление P₂ (kPa)
• Подведённая теплота Q (J)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет изохорного нагревания и нажмите «Сброс». 1 mol газа заперт при 0.0249 m³, стартуя с 300 K.
2. Включите показания давления и подведённой теплоты.
3. Задайте целевую (конечную) температуру для каждой пробы и запишите конечное давление и подведённую теплоту.

Определяющее уравнение

Изохорное нагревание и внутренняя энергия — U = f/2·n·R·T

При постоянном объёме газ не совершает работы (W_gas = 0), поэтому каждый джоуль подведённого тепла идёт прямо во внутреннюю энергию: Q = ΔU = (f/2)nRΔT.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите P₂ = nRT₂/V при n = 1 моль; V = 0.0249 м³, затем Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) при f = 3; T₁ = 300 K. Сравните оба значения с таблицей.
• Раз газ не может расширяться (W_gas = 0), первое начало даёт точно Q = ΔU. Объясните, почему каждый джоуль подведённого тепла здесь целиком уходит во внутреннюю энергию — в отличие от эксперимента с изобарным нагревом.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Ваша зависимость P₂ от T₂ — закон Гей-Люссака: при постоянном объёме давление прямо пропорционально абсолютной температуре. Объясните, почему это следует из PV = nRT при фиксированном V.
• Герметичная скороварка готовит пищу быстрее отчасти потому, что запертый пар не может расширяться — давление (и температура) поднимаются много выше 100°C. По связи этого эксперимента объясните, почему герметичный жёсткий сосуд позволяет температуре подняться выше при том же подводе теплоты, чем открытый.

• 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 изохорное нагревание
2. Выберите камеру
3. Нажмите Play
4. Нагрев при постоянном V
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