等容加熱：恆容壓力上升

1·預測

氣體在剛性密封容器中被加熱，因此其體積不會改變（等容）。既然氣體不能膨脹，那麼所有增加的熱量都去了哪裡？

• 所有熱量都轉換為內能，因為在恆定體積下沒有做功。
• 即使容器是剛性的，大部分熱量也會轉化為功。
• 就像其他過程一樣，熱量在功和內能之間均勻分配。

2·設定

1. 開啟 isochoric-heating 預設並按下 Reset。 1 mol 氣體在 0.0249 m3 下被密封，起始溫度為 300 K。
2. 啟用壓強與加入熱量讀數。
3. 設定每次試驗的目標（最終）溫度，並記錄最終壓力和添加的熱量。

3·收集數據

針對三次試驗，繪製加入熱量Q（Y軸）相對最終溫度T₂（x軸）的關係圖。

4·分析

1. 對於其中一次試驗，使用n = 1 mol、V = 0.0249 m³計算P₂ = nRT₂/V，再使用f = 3、T₁ = 300 K計算Q = (f/2)nR(T₂ − T₁)。將兩者與表格比較。
2. 由於氣體無法膨脹 (W_gas = 0)，第一定律準確給出 Q = ΔU。解釋為什麼這裡增加的每一焦耳熱量都完全表現為內能，這與 isobaric-heating 實驗不同。

5·擴展

1. 您的 P₂-vs-T₂ 關係是蓋呂薩克定律：在體積恆定的情況下，壓力與絕對溫度成正比。解釋為什麼當 V 固定時，這是從 PV = nRT 得出的。
2. 密封壓力鍋加熱食物的速度更快，部分原因是滯留的蒸氣無法膨脹，因此壓力（和溫度）會升至 100°C 以上。使用該實驗的關係來解釋為什麼在相同的熱量輸入下，密封的剛性容器的溫度比開放的容器更高。

這個實驗背後的物理原理

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