等压加热：恒压膨胀
1·预测
气体在恒定压力下受热，因此会膨胀（等压）。如果让它膨胀到更大的最终体积，气体会对周围环境做更多的功吗？
- 最终体积越大意味着气体所做的功越少。
- 完成的工作并不取决于最终的体积。
- 最终体积越大意味着气体所做的功越多。
2·设置
- 打开「等压加热：恒压膨胀（isobaric-heating）」预设并按重置。 1 摩尔气体在恒定压力下从 24.9 L、300 K 开始。
- 启用腔室的最终温度读数。
- 设置每次试验的目标（最终）体积，并记录最终温度和完成的功。
3·收集数据
| 最终体积 V2 (L) | 气体所做的功 W_gas (J) | 最终温度T2 (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
针对三次试验，绘制最终温度T₂（y轴）相对最终体积V₂（x轴）的关系图。直线是否通过原点？
4·分析
- 对于一项试验，使用 P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa 计算 W_gas = P₁(V₂ − V₁)，然后 T₂ = T₁·V₂/V₁. 将两者与表进行比较。
- 使用 W_gas = P·ΔV 解释为什么在相同恒定压力下体积变化越大意味着气体所做的功越多。
5·扩展
- 你的T₂对V₂直线就是查理定律：在恒定压力下，体积与绝对温度成正比。请解释为什么当P固定时，这一结果直接来自PV = nRT。
- 在等压加热过程中，你所加入的部分热量转化为功（膨胀），部分转化为内能。对于单原子气体（f = 3）而言，所加入的热量中哪一项占的比例更大：功项还是内能项？
这个实验背后的物理原理
等压功
在恒定压力下，膨胀气体所做的功就是压力乘以体积变化：W_gas = P·ΔV — P-V 图上水平线下方矩形的面积。