Termodynamika
Pískoviště kinetické teorie
Zahřívej plyn a sleduj, jak molekuly zrychlují (v_rms).
Pískoviště kinetické teorie — interaktivní simulace Termodynamika. Zahřívej plyn a sleduj, jak molekuly zrychlují (v_rms). Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Kinetická teorie
Zahřívej plyn a sleduj, jak molekuly zrychlují (v_rms).
Kinetická teorie spojuje teplotu s průměrnou kinetickou energií molekul: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Ohřev přidává energii, která se projeví rychlejším náhodným pohybem. Efektivní rychlost v_rms je to, co vstupuje do vztahu pro tlak ideálního plynu, a vysvětluje, proč horké plyny vyvíjejí při pevném objemu vyšší tlak.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Teplota je doopravdy míra průměrného pohybu molekul. Když zdvojnásobíš absolutní teplotu plynu, zdvojnásobí se i typická rychlost molekul?
Predikce k zvážení
- Rychlost molekul se taky zdvojnásobí, protože teplota a rychlost jsou přímo úměrné.
- Rychlost molekul se zvětší činitelem √2, ne 2, protože rychlost závisí na odmocnině z teploty.
- Rychlost molekul na teplotě nezávisí.
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Teplota T (K)
Co měříš:
- Průměrná molekulární KE (zJ)
- Střední kvadratická rychlost v_rms (m/s)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu kinetic-sandbox a stiskni Resetovat. Komora drží argon (M = 0.039948 kg/mol).
- Zapni odečty efektivní rychlosti a průměrné kinetické energie.
- Nastav teplotu plynu pro každý pokus a zapiš efektivní rychlost molekul.
Řídící rovnice
Střední kvadratická rychlost molekul — v_rms = √(3·R·T / M)
Efektivní rychlost molekul plynu závisí na teplotě a molární hmotnosti: v_rms = √(3RT/M). Lehčí a teplejší plyny mají rychlejší molekuly.
Průměrná kinetická energie molekul — KE_avg = 3/2·kB·T
Každá molekula ideálního plynu, bez ohledu na hmotnost, má při dané teplotě stejnou průměrnou translační kinetickou energii: KE_avg = (3/2)k_BT. Teplota je fundamentálně mírou tohoto průměrného pohybu.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus spočti v_rms = √(3RT/M) s R = 8.314 J/(mol·K) a M = 0.039948 kg/mol. Porovnej s tabulkou.
- Vysvětli, proč v_rms roste s odmocninou teploty, ne v přímé úměře.
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Dva plyny při stejné teplotě mají stejnou průměrnou kinetickou energii, ale lehčí plyn (menší M) má vyšší v_rms. Vysvětli proč, pomocí KE_avg = ½M·v_rms² spolu se skutečností, že KE_avg závisí jen na T.
- Helium (M ≈ 0.004 kg/mol) uniká z balónku mnohem rychleji, než balonek splaská samotným vzduchem. Použij svůj vzorec pro v_rms a vysvětli, proč lehčí molekuly plynu unikají drobnými póry rychleji.
- 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
- Vítej v Kinetickém sandboxu
- Vyber komoru
- Stiskni Spustit
- Rychlejší molekuly při vyšším T
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →