Термодинаміка

Ізобаричне нагрівання

Нагрівайте при сталому P: газ розширюється і виконує роботу.

Ізобаричне нагрівання — інтерактивне моделювання: Термодинаміка. Нагрівайте при сталому P: газ розширюється і виконує роботу. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Ізобаричне нагрівання

Нагрівайте при сталому P: газ розширюється і виконує роботу.

При сталому тиску нагрівання ідеального газу змушує розширення, тож газ може виконати роботу над оточенням, поки температура зростає. З першого закону Q = ΔU + W; частина поглинутої теплоти підіймає внутрішню енергію, а частина сплачує роботу розширення.

• W = PΔV
• Q = ΔU + W

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Газ нагрівають при сталому тиску, і він розширюється (ізобарично). Якщо дозволити йому розширитися до більшого кінцевого об'єму, чи виконає газ більше роботи над оточенням?

Прогнози для зважування

• Більший кінцевий об'єм означає менше роботи газу.
• Виконана робота не залежить від кінцевого об'єму.
• Більший кінцевий об'єм означає більше роботи газу.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Кінцевий об'єм V₂ (L)

Що ви вимірюєте:

• Робота газу W_gas (J)
• Кінцева температура T₂ (K)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет ізобаричного нагрівання та натисніть «Скинути». 1 моль газу стартує з 24.9 L, 300 K, при сталому тиску.
2. Увімкніть показ кінцевої температури на камері.
3. Задайте цільовий (кінцевий) об'єм для кожного заміру та запишіть кінцеву температуру й виконану роботу.

Керівне рівняння

Ізобарична робота — W = P·ΔV

При сталому тиску робота газу, що розширюється, — це просто тиск на зміну об'єму: W_gas = P·ΔV — площа прямокутника під горизонтальною лінією на P-V-діаграмі.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть W_gas = P₁(V₂ − V₁) з P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa, потім T₂ = T₁·V₂/V₁. Порівняйте обидва з таблицею.
• Поясніть, використовуючи W_gas = P·ΔV, чому більша зміна об'єму за того самого сталого тиску означає більше роботи газу.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Ваша лінія T₂-від-V₂ — це закон Шарля: при сталому тиску об'єм та абсолютна температура прямо пропорційні. Поясніть, чому це випливає безпосередньо з PV = nRT, коли P фіксоване.
• Частина теплоти, яку ви додаєте під час ізобаричного нагрівання, йде в роботу (розширення), частина — у внутрішню енергію. Що отримує більше з доданої теплоти для одноатомного газу (f = 3): член роботи чи член внутрішньої енергії?

• 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. Вітаємо в ізобаричному нагріванні
2. Виберіть камеру
3. Натисніть «Запустити»
4. Нагрівання при сталому P
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Рівняння стану ідеального газу