Термодинаміка

Ізохоричне нагрівання

Нагрівайте при сталому V: вся теплота підвищує внутрішню енергію.

Ізохоричне нагрівання — інтерактивне моделювання: Термодинаміка. Нагрівайте при сталому V: вся теплота підвищує внутрішню енергію. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Ізохоричне нагрівання

Нагрівайте при сталому V: уся теплота підіймає внутрішню енергію.

З жорсткими стінками робота неможлива (W = 0), тож перший закон зводиться до Q = ΔU. Кожен джоуль теплоти прямо збільшує кінетичну енергію молекул, даючи найстрімкіше зростання температури на одиницю теплоти серед базових процесів.

• W = 0
• Q = ΔU

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 у жорсткому, запаяному контейнері, тож його об'єм не може змінитися (ізохорично). Оскільки газ не може розширитися, куди йде вся додана теплота?

Прогнози для зважування

• Уся теплота йде у внутрішню енергію, бо при сталому об'ємі робота не виконується.
• Більша частина теплоти стає роботою, хоча контейнер жорсткий.
• Теплота ділиться навпіл між роботою та внутрішньою енергією, як в інших процесах.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Кінцева температура T₂ (K)

Що ви вимірюєте:

• Кінцевий тиск P₂ (kPa)
• Підведена теплота Q (J)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет ізохоричного нагрівання та натисніть «Скинути». 1 моль газу запаяно в 0.0249 м³, старт при 300 K.
2. Увімкніть покази тиску та підведеної теплоти.
3. Задайте цільову (кінцеву) температуру для кожного заміру та запишіть кінцевий тиск і підведену теплоту.

Керівне рівняння

Ізохоричне нагрівання та внутрішня енергія — U = f/2·n·R·T

При сталому об'ємі газ не виконує роботи (W_gas = 0), тож кожен джоуль доданої теплоти йде прямо у внутрішню енергію: Q = ΔU = (f/2)nRΔT.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть P₂ = nRT₂/V з n = 1 моль, V = 0.0249 м³, потім Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) з f = 3, T₁ = 300 K. Порівняйте обидва з таблицею.
• Оскільки газ не може розширитися (W_gas = 0), перший закон дає Q = ΔU точно. Поясніть, чому кожен джоуль доданої теплоти тут повністю з'являється як внутрішня енергія, на відміну від експерименту з ізобаричним нагріванням.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Ваш зв'язок P₂-від-T₂ — це закон Гей-Люссака: при сталому об'ємі тиск прямо пропорційний абсолютній температурі. Поясніть, чому це випливає з PV = nRT, коли V фіксоване.
• Запаяна скороварка готує їжу швидше зокрема тому, що запертий пар не може розширитися, тож тиск (і температура) підіймаються значно вище 100°C. Використайте зв'язок цього експерименту, щоб пояснити, чому запаяний жорсткий контейнер дозволяє температурі піднятися вище за той самий підвід теплоти, ніж відкритий.

• 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 ізохоричному нагріванні
2. Виберіть камеру
3. Натисніть «Запустити»
4. Нагрівання при сталому V
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