Termodinámica
Sandbox de teoría cinética
Calienta el gas y observa cómo las moléculas aceleran (v_rms).
Sandbox de teoría cinética — simulación interactiva de Termodinámica. Calienta el gas y observa cómo las moléculas aceleran (v_rms). Laboratorio virtual de física gratuito en el navegador con mediciones SI en vivo y un tutorial guiado.
Teoría cinética
Calienta el gas y observa cómo las moléculas se aceleran (v_rms).
La teoría cinética relaciona la temperatura con la energía cinética molecular media: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Calentar añade energía que se manifiesta como movimiento aleatorio más rápido. La velocidad cuadrática media v_rms es la que aparece en la relación de presión del gas ideal y explica por qué los gases más calientes ejercen mayor presión a volumen fijo.
- Energía cinética promedio KE_avg = (3/2)kT
- Velocidad RMS v_rms ∝ √T
Resumen de la investigación
Planifica la pregunta antes de abrir el laboratorio
El resumen refleja la página prerenderizada: la pregunta guía, las predicciones contrapuestas, los roles de las variables, las leyes que rigen, la preparación y las indicaciones de análisis y extensión permanecen visibles y en este orden.
Pregunta guía
La temperatura es en realidad una medida del movimiento molecular promedio. Si se duplica la temperatura absoluta de un gas, ¿se duplica también la velocidad molecular típica?
Predicciones a evaluar
- La velocidad molecular también se duplica, ya que la temperatura y la velocidad son directamente proporcionales.
- La velocidad molecular aumenta en un factor de √2, no de 2, ya que la velocidad depende de la raíz cuadrada de la temperatura.
- La velocidad molecular no depende de la temperatura.
Roles de las variables
Lo que configuraste:
- Temperatura T (K)
Lo que mides:
- KE molecular promedio (zJ)
- Velocidad RMS v_rms (m/s)
Cómo se desarrolla la investigación
- Abra el ajuste preestablecido kinetic-sandbox y presione Restablecer. La cámara contiene gas argón (M = 0.039948 kg/mol).
- Habilite las lecturas de velocidad rms y energía cinética promedio.
- Establezca la temperatura del gas para cada prueba y registre la velocidad molecular rms.
Ecuación rectora
Velocidad molecular RMS — v_rms = √(3·R·T / M)
La velocidad cuadrática media de las moléculas de gas depende de la temperatura y la masa molar: v_rms = √(3RT/M). Los gases más ligeros y calientes tienen moléculas que se mueven más rápido.
Energía cinética molecular promedio — KE_avg = 3/2·kB·T
Cada molécula de gas ideal, independientemente de su masa, tiene la misma energía cinética de traslación promedio a una temperatura determinada: KE_avg = (3/2)k_BT. La temperatura es fundamentalmente una medida de este movimiento promedio.
Lo que la hoja de trabajo imprimible les pide a los estudiantes que resuelvan
- Para una prueba, calcule v_rms = √(3RT/M) usando R = 8.314 J/(mol·K) y M = 0.039948 kg/mol. Compare con la tabla.
- Explique por qué v_rms crece con la raíz cuadrada de la temperatura y no en proporción directa a ella.
Dónde aparece esto más allá del laboratorio
- Dos gases a la misma temperatura tienen la misma energía cinética promedio, pero el gas más liviano (M más pequeño) tiene una v_rms más alta. Explique por qué, utilizando KE_avg = ½M·v_rms² junto con el hecho de que KE_avg solo depende de T.
- El helio (M ≈ 0.004 kg/mol) se escapa de un globo mucho más rápido de lo que el globo se desinfla solo con aire. Utilice su fórmula v_rms para explicar por qué las moléculas de gas más ligeras escapan más rápido a través de poros diminutos.
- 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
- Bienvenido al laboratorio de teoría cinética
- Selecciona la cámara
- Pulsa Reproducir
- Moléculas más rápidas a mayor T
- Abre el panel de propiedades
- ¡Lo lograste!
Abre la simulación interactiva para construir la escena, presiona Play y explora con mediciones en tiempo real y un tutorial guiado.
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