Zakon idealnega plina: tlak, prostornina in temperatura
1 · Predvidi
Fiksna količina plina je zapečatena v togem zabojniku. Če jo segreješ, kaj se zgodi z njenim tlakom?
- Tlak pada, ko temperatura raste.
- Tlak narašča sorazmerno s temperaturo.
- Tlak ni odvisen od temperature.
2 · Pripravi
- Odpri prednastavitev ideal-gas-sandbox in pritisni Ponastavi. 1 mol argona polni fiksno prostornino 0,0249 m³.
- Omogoči odčitek tlaka na komori.
- Nastavi temperaturo plina za vsak poskus in zabeleži tlak.
3 · Zberi podatke
| Temperatura T (K) | Notranja energija U (J) | Tlak P (kPa) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 450.00 | ||
| 600.00 |
Nariši tlak P (os y) proti temperaturi T (os x) za svoje tri poskuse. Ali je črta ravna skozi izhodišče?
4 · Analiziraj
- Za en poskus izračunaj P = nRT/V z n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), V = 0,0249 m³. Primerjaj s tabelo.
- Razloži, zakaj sta pri fiksni prostornini in količini plina tlak in absolutna temperatura neposredno sorazmerna.
5 · Razširi
- Zakon idealnega plina zahteva temperaturo v kelvinih, ne v stopinjah Celzija. Razloži, zakaj bi uporaba Celzija (ki dovoljuje negativne in ničelne vrednosti) prelomila neposredno sorazmernost, ki si jo našel.
- Tvoj stolpec notranje energije prav tako raste s temperaturo pri fiksni prostornini. Z U = (f/2)nRT razloži, zakaj segrevanje fiksne količine plina pri konstantni prostornini poveča njegov tlak in notranjo energijo skupaj.
Fizika za tem poskusom
Zakon idealnega plina
Za n molov idealnega plina so tlak, prostornina in temperatura zaklenjeni skupaj s P·V = n·R·T. Pri fiksnem n in V tlak raste v neposredni sorazmernosti z absolutno temperaturo.
Notranja energija idealnega plina
Notranja energija idealnega plina je odvisna samo od njegove temperature (in prostostnih stopenj f), ne od tlaka ali prostornine posebej: U = (f/2)nRT.
Termodinamika
- Kinetična teorija: temperatura in hitrost molekul
- Izotermno stiskanje: delo pri konstantni temperaturi
- Izobarno segrevanje: ekspanzija pri konstantnem tlaku
- Izohorno segrevanje: naraščanje tlaka pri konstantni prostornini
- Adiabatna ekspanzija: ohlajanje brez izgube toplote
- Kalorimetrija: mešanje vročega in hladnega
- Toplotno prevajanje: toplotni tok skozi palico
- Carnotov krožni proces: največji možni izkoristek stroja
- Ottov krožni proces: idealiziran model bencinskega motorja
- Obrnjen Carnotov krožni proces: hladilni stroj
- Stirlingov krožni proces: izotermni kraki z regeneracijo
- Sprememba entropije v reverzibilni izotermni ekspanziji