Ізохоричне нагрівання: зростання тиску при сталому об'ємі

1 · Прогноз

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

• 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.

2 · Установка

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.

3 · Збір даних

Побудуйте графік підведеної теплоти Q (вісь y) проти кінцевої температури T₂ (вісь x) для трьох замірів.

4 · Аналіз

1. 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.
2. 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.

5 · Поглиблення

1. 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.
2. 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.

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту