理想氣體定律：壓力、體積和溫度
1·預測
固定量的氣體被密封在剛性容器中。如果加熱它，它的壓力會發生什麼變化？
- 壓力隨著溫度升高而降低。
- 壓力隨溫度成比例增加。
- 壓力與溫度無關。
2·設定
- 開啟 ideal-gas-sandbox 預設並按下 Reset。 1 摩爾氬氣填充固定體積 0.0249 立方公尺。
- 啟用腔室上的壓力讀數。
- 設定每次試驗的氣體溫度並記錄壓力。
3·收集數據
| 溫度T (K) | 內能U (J) | 壓力P (kPa) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 450.00 | ||
| 600.00 |
針對三次試驗，繪製壓強P（Y軸）相對溫度T（x軸）的關係圖。直線是否通過原點？
4·分析
- 對於其中一次試驗，使用n = 1 mol、R = 8.314 J/(mol·K)、V = 0.0249 m³，計算P = nRT/V。將結果與表格比較。
- 解釋為什麼在固定體積和氣體量下，壓力和絕對溫度成正比。
5·擴展
- 理想氣體定律要求溫度以開爾文為單位，而不是攝氏度。解釋為什麼使用攝氏度（允許負值和零值）會破壞您發現的正比例關係。
- 在固定體積下，你的內能這一欄也會隨溫度增加。請用U = (f/2)nRT解釋，為什麼在恆定體積下加熱一定量氣體，會同時使其壓力和內能一起增加。
這個實驗背後的物理原理
理想氣體定律
對於 n 摩爾的理想氣體，壓力、體積和溫度透過 P·V = n·R·T 鎖定在一起。在固定的 n 和 V 下，壓力的升高與絕對溫度成正比。
理想氣體的內能
理想氣體的內能只取決於其溫度（和自由度 f），而不分別取決於壓力或體積：U = (f/2)nRT。