الديناميكا الحرارية
بيئة النظرية الحركية
سخّن الغاز وراقب الجزيئات تتسارع (v_rms).
بيئة النظرية الحركية — محاكاة الديناميكا الحرارية تفاعلية. سخّن الغاز وراقب الجزيئات تتسارع (v_rms). مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
النظرية الحركية
سخّن الغاز وراقب الجزيئات تتسارع (v_rms).
النظرية الحركية تربط درجة الحرارة بمتوسط الطاقة الحركية الجزيئية: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. التسخين يضيف طاقة تظهر كحركة عشوائية أسرع. السرعة الجذرية التربيعية v_rms هي التي تدخل في علاقة ضغط الغاز المثالي وتفسّر لماذا ترفع الغازات الأشدّ حرارة ضغطًا أعلى عند حجم ثابت.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √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
درجة الحرارة في حقيقتها قياس لمتوسط الحركة الجزيئية. إذا ضاعفت درجة الحرارة المطلقة لغاز، فهل تتضاعف السرعة الجزيئية النموذجية أيضًا؟
توقعات للموازنة
- تتضاعف السرعة الجزيئية أيضًا، فدرجة الحرارة والسرعة متناسبتان طرديًا.
- تزداد السرعة الجزيئية بعامل √2 لا 2، إذ تعتمد السرعة على الجذر التربيعي لدرجة الحرارة.
- لا تعتمد السرعة الجزيئية على درجة الحرارة.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- درجة الحرارة T (K)
ما تقيسه:
- متوسط الطاقة الحركية الجزيئية (zJ)
- السرعة التربيعية المتوسطة v_rms (m/s)
كيف يجري التحقيق
- افتح مسبق الصندوق الحركي واضغط إعادة الضبط. تحتوي الحجرة غاز الأرجون (M = 0.039948 kg/mol).
- فعّل قراءتي السرعة التربيعية المتوسطة ومتوسط الطاقة الحركية.
- اضبط درجة حرارة الغاز لكل تجربة وسجل السرعة الجزيئية التربيعية المتوسطة.
المعادلة الحاكمة
السرعة الجزيئية التربيعية المتوسطة — v_rms = √(3·R·T / M)
تعتمد السرعة الجذرية التربيعية لجزيئات الغاز على درجة الحرارة والكتلة المولية: v_rms = √(3RT/M). الغازات الأخف والأشد حرارة لها جزيئات أسرع حركة.
متوسط الطاقة الحركية الجزيئية — KE_avg = 3/2·kB·T
كل جزيء غاز مثالي، مهما كانت كتلته، له متوسط الطاقة الحركية الانتقالية نفسه عند درجة حرارة معطاة: KE_avg = (3/2)k_BT. درجة الحرارة هي في الأساس مقياس لهذا المتوسط الحركي.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب v_rms = √(3RT/M) باستخدام R = 8.314 J/(mol·K) و M = 0.039948 kg/mol. قارن بالجدول.
- اشرح لماذا ينمو v_rms مع الجذر التربيعي لدرجة الحرارة لا معها مباشرة.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- غازان عند درجة الحرارة نفسها لهما متوسط الطاقة الحركية نفسه، لكن الغاز الأخف (M أصغر) له v_rms أعلى. اشرح لماذا، باستخدام KE_avg = ½M·v_rms² مع حقيقة أن KE_avg تعتمد على T فقط.
- يهرب الهيليوم (M ≈ 0.004 kg/mol) من البالون أسرع بكثير من انكماشه بالهواء وحده. بصيغة v_rms عندك، اشرح لماذا تهرب الجزيئات الأخف عبر المسام الدقيقة أسرع.
- 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
- أهلًا بك في بيئة النظرية الحركية
- حدد الغرفة
- اضغط تشغيل
- جزيئات أسرع عند T أعلى
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.