Термодинаміка

Ізотермічне стиснення

Стискайте при сталій T: ΔU = 0, отже Q = W.

Ізотермічне стиснення — інтерактивне моделювання: Термодинаміка. Стискайте при сталій T: ΔU = 0, отже Q = W. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Ізотермічний процес

Стискайте при сталій T: ΔU = 0, отже Q = W.

Протягом ізотермічного процесу внутрішня енергія ідеального газу залежить лише від температури, тож ΔU = 0. Будь-яка робота над газом мусить вийти як теплота до резервуара. Спостерігайте, як крива P–V слідує PV = const під час руху поршня.

• ΔU = 0
• Q = 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 стискають до меншого об'єму, тримаючи сталий температуру (ізотермічно). Чи потрібно більше роботи, щоб стиснути його сильніше?

Прогнози для зважування

• Стиснення до меншого кінцевого об'єму потребує менше роботи.
• Стиснення до меншого кінцевого об'єму потребує більше роботи (більш від'ємний Wgas).
• Потрібна робота та сама, який би не був кінцевий об'єм.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Кінцевий об'єм V₂ (L)

Що ви вимірюєте:

• Робота газу W_gas (J)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет ізотермічного стиснення та натисніть «Скинути». 1 моль газу стартує з 49.9 L, 300 K.
2. Увімкніть показ роботи, виконаної газом.
3. Задайте цільовий (кінцевий) об'єм для кожного заміру та запишіть роботу, виконану газом.

Керівне рівняння

Перший закон термодинаміки — ΔU = Q − W

Зміна внутрішньої енергії дорівнює підведеній теплоті мінус робота газу: ΔU = Q − W. Для ізотермічного процесу ідеального газу ΔU = 0, тож уся робота над газом виходить як тепло.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) з n = 1 моль, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K. Порівняйте з таблицею.
• W_gas від'ємний у кожному замірі. Поясніть, що фізично означає від'ємне значення для газу, що стискається, і чому стиснення до меншого V₂ робить W_gas від'ємнішим.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Оскільки ΔU = 0 для будь-якого ізотермічного процесу (температура не змінюється), перший закон дає Q = W_gas і тут. Теплота надходить до газу чи виходить з нього під час цього стиснення? Поясніть, використовуючи вашу знакову конвенцію.
• Щоб тримати газ при сталій температурі під час стиснення, справжні експерименти потребують теплового резервуара в контакті з циліндром. Поясніть, чому без цього резервуара стиснення нагріло б газ.

• 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 ізотермічному стисненні
2. Виберіть камеру
3. Натисніть «Запустити»
4. Стиснення при сталій T
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