Изотермическое сжатие: работа при постоянной температуре

1 · Прогноз

Газ сжимают до меньшего объёма при постоянной температуре (изотермически). Требуется ли больше работы для сжатия сильнее?

• Сжатие до меньшего конечного объёма требует меньше работы.
• Сжатие до меньшего конечного объёма требует больше работы (более отрицательный W_gas).
• Требуемая работа одинакова при любом конечном объёме.

2 · Подготовка

1. Откройте пресет изотермического сжатия и нажмите «Сброс». 1 mol газа стартует при 49.9 L, 300 K.
2. Включите показание работы, совершённой над газом.
3. Задайте целевой (конечный) объём для каждой пробы и запишите работу, совершённую газом.

3 · Сбор данных

Постройте график W_gas (ось y) против ln(V₂/V₁) (ось x) для трёх проб, используя V₁ = 49.9 л.

4 · Анализ

1. Для одной пробы вычислите W_gas = nRT·ln(V₂/V₁), используя n = 1 моль; R = 8.314 Дж/(моль·К); T = 300 K. Сравните с таблицей.
2. W_gas отрицательна в каждой пробе. Объясните, что отрицательное значение физически значит для сжимаемого газа и почему сжатие до меньшего V₂ делает W_gas более отрицательной.

5 · Развитие

1. Поскольку ΔU = 0 для любого изотермического процесса (температура не меняется), первое начало и здесь даёт Q = W_gas. Тепло втекает в газ или вытекает при этом сжатии? Объясните с помощью своего правила знаков.
2. Чтобы удерживать газ при постоянной температуре при сжатии, реальные эксперименты требуют теплового резервуара в контакте с цилиндром. Объясните, почему сжатие нагрело бы газ, если бы резервуара не было.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту