内能及其变化

器材

• 内有无规则运动粒子的虚拟气体容器
• “吸热 Q”“对系统做功 W”“初始温度”滑块
• 能量平衡读数与粒子速率显示

实验步骤

1. 只加热

   把功滑块 W 置 0，增大输入热量 Q。粒子加速、读数增大：W=0 时 Q 全部变为内能，$\Delta U=Q$。读取 $\Delta U$ 和相应的温度变化。

2. 只做功

   把 Q 归零并增大功滑块——模型中的活塞对气体做功。验证得到相同的能量增加：$\Delta U=W_{\mathrm{on}}$。在相同 $\Delta U$ 下与纯加热情形比较粒子速率。

3. 热与功结合

   把 Q 和 W 都设为正，记下两者之和，在读数上验证 $\Delta U=Q+W_{\mathrm{on}}$。然后选定目标 $\Delta U$，找出两组不同的 (Q, W) 达到它——内能是态函数，与路径无关。

4. 改变初始状态

   改变初始温度滑块并重复一次能量传递。无论起始温度如何，相同的 Q 或 W 给出相同的 $\Delta U$——这证明热和功是能量传递方式，而非气体的属性。

模拟

实验历史

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