等壓加熱：恆壓膨脹
1·預測
氣體在恆定壓力下受熱，因此會膨脹（等壓）。如果讓它膨脹到更大的最終體積，氣體會對周圍環境做更多的功嗎？
- 最終體積越大意味著氣體所做的功越少。
- 完成的工作並不取決於最終的體積。
- 最終體積越大意味著氣體所做的功越多。
2·設定
- 開啟 isobaric-heating 預設並按下 Reset。 1 摩爾氣體在恆定壓力下從 24.9 L、300 K 開始。
- 啟用腔室的最終溫度讀數。
- 設定每次試驗的目標（最終）體積，並記錄最終溫度和完成的功。
3·收集數據
| 最終體積 V2 (L) | 氣體所做的功 W_gas (J) | 最終溫度T2 (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
針對三次試驗，繪製最終溫度T₂（Y軸）相對最終體積V₂（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P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa計算W_gas = P₁(V₂ − V₁)，再計算T₂ = T₁·V₂/V₁。將兩者與表格比較。
- 使用 W_gas = P·ΔV 解釋為什麼在相同恆定壓力下體積變化越大意味著氣體所做的功越多。
5·擴展
- 你的T₂對V₂直線就是查理定律：在恆定壓力下，體積與絕對溫度成正比。請解釋為什麼當P固定時，這一結果直接來自PV = nRT。
- 在等壓加熱過程中，你所加入的部分熱量轉化為功（膨脹），部分轉化為內能。對於單原子氣體（f = 3）而言，所加入的熱量中哪一項佔的比例更大：功項還是內能項？
這個實驗背後的物理原理
等壓功
在恆定壓力下，膨脹氣體所做的功就是壓力乘以體積變化：W_gas = P·ΔV — P-V 圖上水平線下方矩形的面積。