Изохорное нагревание: рост давления при постоянном объёме

1 · Прогноз

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

• 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.

2 · Подготовка

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.

3 · Сбор данных

Постройте подведённую теплоту Q (ось y) против конечной температуры T₂ (ось x) для трёх проб.

4 · Анализ

1. 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.
2. 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.

5 · Развитие

1. 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.
2. 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.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту