الديناميكا الحرارية
بيئة غاز مثالي
غيّر n وV وT وراقب P تتبع PV = nRT.
بيئة غاز مثالي — محاكاة الديناميكا الحرارية تفاعلية. غيّر n وV وT وراقب P تتبع PV = nRT. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
قانون الغاز المثالي
غيّر n وV وT وراقب P تتبع PV = nRT.
يجمع قانون الغاز المثالي قانوني بويل وشارل وقانون أفوجادرو في معادلة حالة واحدة. تُبقي هذه البيئة درجة الحرارة صريحة لترى الضغط يرتفع حين يتقلص الحجم أو تزداد المولات. تصطدم الجزيئات بجدار المكبس منشئةً قراءة الضغط العيانية.
- PV = nRT
- KE_avg ∝ T
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
كمية ثابتة من الغاز محكمة في وعاء صلب. إذا سخنتها، فماذا يحدث لضغطها؟
توقعات للموازنة
- ينقص الضغط مع ارتفاع درجة الحرارة.
- يزداد الضغط تناسبًا مع درجة الحرارة.
- لا يعتمد الضغط على درجة الحرارة.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- درجة الحرارة T (K)
ما تقيسه:
- الطاقة الداخلية U (J)
- الضغط P (kPa)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة الغاز المثالي واضغط إعادة. 1 mol أرغون يملأ حجمًا ثابتًا 0.0249 m³.
- فعّل قراءة الضغط على الغرفة.
- اضبط درجة حرارة الغاز لكل تجربة وسجل الضغط.
المعادلة الحاكمة
قانون الغاز المثالي — P = n·R·T / V
لـ n مول من الغاز المثالي، الضغط والحجم ودرجة الحرارة مقيدة معًا بالعلاقة P·V = n·R·T. عند n وV ثابتين، يرتفع الضغط بالتناسب المباشر مع درجة الحرارة المطلقة.
الطاقة الداخلية لغاز مثالي — U = f/2·n·R·T
تعتمد الطاقة الداخلية للغاز المثالي على درجة حرارته (ودرجات حريته f) فقط، لا على الضغط أو الحجم منفصلين: U = (f/2)nRT.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب P = nRT/V باستخدام n = 1 mol و R = 8.314 J/(mol·K) و V = 0.0249 m³. قارن بالجدول.
- اشرح لماذا، عند حجم وكمية غاز ثابتين، يكون الضغط ودرجة الحرارة المطلقة متناسبين طرديًا.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- يشترط قانون الغاز المثالي درجة الحرارة بالكلفن لا السلسيوس. اشرح لماذا كسر استخدامُ السلسيوس (الذي يسمح بقيم سالبة وصفرية) التناسبَ المباشر الذي وجدته.
- عمود الطاقة الداخلية لديك ينمو أيضًا مع درجة الحرارة عند حجم ثابت. اشرح، باستخدام U = (f/2)nRT، لماذا رفع حرارة كمية ثابتة من الغاز عند حجم ثابت يزيد ضغطها وطاقتها الداخلية معًا.
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.3 Gas laws
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- أعلى أم أدنى؟
- ارفع درجة الحرارة
- سجّل الضغط
- افتح البيانات
- فسّر دليلك
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.