Termodünaamika
Kineetilise teooria liivakast
Kuumuta gaasi ja vaata, kuidas molekulid kiirenevad (v_rms).
Kineetilise teooria liivakast — interaktiivne Termodünaamika simulatsioon. Kuumuta gaasi ja vaata, kuidas molekulid kiirenevad (v_rms). Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.
Kineetiline teooria
Kuumuta gaasi ja vaata, kuidas molekulid kiirenevad (v_rms).
Kineetiline teooria seob temperatuuri molekulide keskmise kineetilise energiaga: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Kuumutamine lisab energiat, mis avaldub kiirema juhusliku liikumisena. Ruutkeskmise kiirus v_rms on see, mis siseneb ideaalgaasi rõhuseosesse, ja selgitab, miks kuumemad gaasid avaldavad fikseeritud ruumalas suuremat rõhku.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Uurimise kokkuvõte
Planeeri küsimus enne labori avamist
Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.
Juhtküsimus
Temperatuur on tegelikult keskmise molekulaarliikumise mõõt. Kui sa kahekordistad gaasi absoluuttemperatuuri, kas tüüpiline molekulide kiirus samuti kahekordistub?
Kaalutavad ennustused
- Molekulide kiirus kahekordistub samuti, sest temperatuur ja kiirus on otseselt võrdelised.
- Molekulide kiirus kasvab teguriga √2, mitte 2, sest kiirus sõltub temperatuuri ruutjuurest.
- Molekulide kiirus ei sõltu temperatuurist.
Muutujate rollid
Mida sina sead:
- Temperatuur T (K)
Mida sa mõõdad:
- Keskmine molekulaarne KE (zJ)
- Rms-kiirus v_rms (m/s)
Kuidas uurimustöö käib
- Ava kineetilise teooria liivakasti eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Kamber hoiab argoonigaasi (M = 0.039948 kg/mol).
- Lülita sisse rms-kiiruse ja keskmise kineetilise energia näidud.
- Sea iga katse jaoks gaasi temperatuur ja kirjuta üles molekulide rms-kiirus.
Juhtiv võrrand
Molekulide rms-kiirus — v_rms = √(3·R·T / M)
Gaasimolekulide ruutkeskmine kiirus sõltub temperatuurist ja molaarmassist: v_rms = √(3RT/M). Kergemad ja kuumemad gaasid omavad kiiremini liikuvaid molekule.
Keskmine molekulaarne kineetiline energia — KE_avg = 3/2·kB·T
Igal ideaalgaasi molekulil on, sõltumata massist, antud temperatuuril sama keskmine translatsiooniline kineetiline energia: KE_avg = (3/2)k_BT. Temperatuur on põhimõtteliselt selle keskmise liikumise mõõt.
Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib
- Arvuta ühes katses v_rms = √(3RT/M), kasutades R = 8.314 J/(mol·K) ja M = 0.039948 kg/mol. Võrdle tabeliga.
- Selgita, miks v_rms kasvab temperatuuri ruutjuurega pigem kui sellega otseselt võrdeliselt.
Kus see laborist kaugemale ilmneb
- Kaks gaasi samal temperatuuril omavad sama keskmist kineetilist energiat, aga kergemal gaasil (väiksem M) on kõrgem v_rms. Selgita miks, kasutades KE_avg = ½M·v_rms² koos faktiga, et KE_avg sõltub ainult T-st.
- Helium (M ≈ 0,004 kg/mol) lekib balloonist välja palju kiiremini, kui balloon õhust ise tühjeneb. Kasuta oma v_rms valemit, et selgitada, miks kergemad gaasimolekulid pääsevad väikeste pooride kaudu kiiremini välja.
- 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
- Tere tulemast kineetika liivakasti juurde
- Vali kamber
- Vajuta Esita
- Kiiremad molekulid kõrgemal T
- Ava Omaduste paneel
- Said hakkama!
Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.