Термодинамика
Пясъчник молекулно-кинетична теория
Загрей газа и гледай как молекулите ускоряват (v_rms).
Пясъчник молекулно-кинетична теория — интерактивна симулация Термодинамика. Загрей газа и гледай как молекулите ускоряват (v_rms). Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Молекулно-кинетична теория
Загрей газа и гледай как молекулите ускоряват (v_rms).
Молекулно-кинетичната теория свързва температурата със средната кинетична енергия на молекулите: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Загряването добавя енергия, която се появява като по-бързо случайно движение. Средноквадратичната скорост v_rms е това, което влиза във връзката за налягането на идеалния газ, и обяснява защо по-горещите газове оказват по-високо налягане при фиксиран обем.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
Температурата наистина е мярка за средното молекулно движение. Ако удвоиш абсолютната температура на газ, удвоява ли се и типичната молекулна скорост?
Предсказвания за преценка
- Молекулната скорост също се удвоява, понеже температурата и скоростта са право пропорционални.
- Молекулната скорост нараства с фактор √2, не 2, понеже скоростта зависи от корен квадратен от температурата.
- Молекулната скорост не зависи от температурата.
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Температура T (K)
Какво измерваш:
- Средна молекулна KE (zJ)
- RMS скорост v_rms (m/s)
Как протича изследването
- Отвори настройката кинетичен пясъчник и натисни Нулирай. Камерата държи аргон (M = 0.039948 kg/mol).
- Включи показанията за rms скорост и средна кинетична енергия.
- Задай температурата на газа за всеки опит и запиши rms молекулната скорост.
Управляващо уравнение
RMS молекулна скорост — v_rms = √(3·R·T / M)
Средноквадратичната скорост на молекулите газ зависи от температурата и моларната маса: v_rms = √(3RT/M). По-леките, по-горещите газове имат по-бързо движещи се молекули.
Средна молекулна кинетична енергия — KE_avg = 3/2·kB·T
Всяка молекула идеален газ, независимо от масата, има еднаква средна транслационна кинетична енергия при дадена температура: KE_avg = (3/2)k_BT. Температурата фундаментално е мярка за това средно движение.
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- За един опит изчисли v_rms = √(3RT/M) с R = 8.314 J/(mol·K) и M = 0.039948 kg/mol. Сравни с таблицата.
- Обясни защо v_rms расте с корен квадратен от температурата, а не в права пропорция с нея.
Къде това се появява извън лабораторията
- Два газа при една и съща температура имат еднаква средна кинетична енергия, но по-лекият газ (по-малко M) има по-високо v_rms. Обясни защо, ползвайки KE_avg = ½M·v_rms² заедно с факта, че KE_avg зависи само от T.
- Хелият (M ≈ 0.004 kg/mol) изтича от балон много по-бързо, отколкото балонът се сдува, когато от него изтича само въздух. Ползвай формулата си за v_rms, за да обясниш защо по-леките молекули газ избягват през миниатюрни пори по-бързо.
- 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
- Добре дошъл при кинетичния пясъчник
- Избери камерата
- Натисни Пусни
- По-бързи молекули при по-високо T
- Отвори панела Свойства
- Справи се!
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →