Ізобаричне нагрівання: розширення при сталому тиску
1 · Прогноз
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?
- Більший кінцевий об'єм означає менше роботи газу.
- Виконана робота не залежить від кінцевого об'єму.
- Більший кінцевий об'єм означає більше роботи газу.
2 · Установка
- Відкрийте пресет ізобаричного нагрівання та натисніть «Скинути». 1 моль газу стартує з 24.9 L, 300 K, при сталому тиску.
- Увімкніть показ кінцевої температури на камері.
- Задайте цільовий (кінцевий) об'єм для кожного заміру та запишіть кінцеву температуру й виконану роботу.
3 · Збір даних
| Кінцевий об'єм V₂ (L) | Робота газу W_gas (J) | Кінцева температура T₂ (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
Побудуйте графік кінцевої температури T₂ (вісь y) проти кінцевого об'єму V₂ (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія через початок?
4 · Аналіз
- 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.
5 · Поглиблення
- 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?
Фізика цього експерименту
Ізобарична робота
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.