Termodynamiikka

Ideaalikaasu-hiekkalaatikko

Muuta n, V ja T ja katso P:n seuraavan kaavaa PV = nRT.

Ideaalikaasu-hiekkalaatikko – interaktiivinen Termodynamiikka-simulaatio. Muuta n, V ja T ja katso P:n seuraavan kaavaa PV = nRT. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Ideaalikaasulaki

Muuta n, V ja T ja katsele P:n seuraavan kaavaa PV = nRT.

Ideaalikaasulaki yhdistää Boylen, Charlen ja Avogadron lait yhdeksi tilayhtälöksi. Tämä hiekkalaatikko pitää lämpötilan eksplisiittisenä, jotta näet paineen nousevan, kun tilavuus pienenee tai moolimäärä kasvaa. Molekyylien törmäykset mäntän seinään tuottavat makroskooppisen painelukeman.

• PV = nRT
• KE_avg ∝ T

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Kiinteä määrä kaasua on suljettu jäykkään astiaan. Jos lämmität sitä, mitä sen paineelle tapahtuu?

Punniteltavat ennusteet

• Paine laskee lämpötilan noustessa.
• Paine kasvaa verrannollisena lämpötilaan.
• Paine ei riipu lämpötilasta.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Lämpötila T (K)

Mitä mittaat:

• Sisäenergia U (J)
• Paine P (kPa)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa ideal-gas-sandbox-esiasetus ja paina Nollaa. 1 mol argonia täyttää kiinteän tilavuuden 0.0249 m³.
2. Ota käyttöön painelukema kammiosta.
3. Aseta kaasun lämpötila jokaiselle suoritukselle ja kirjaa paine.

Hallitseva yhtälö

Ideaalikaasulaki — P = n·R·T / V

n moolille ideaalikaasua paine, tilavuus ja lämpötila ovat lukittuneet yhteen kaavalla P·V = n·R·T. Kiinteillä n ja V paine nousee suoraan verrannollisena absoluuttiseen lämpötilaan.

Ideaalikaasun sisäenergia — U = f/2·n·R·T

Ideaalikaasun sisäenergia riippuu vain sen lämpötilasta (ja vapausasteista f), ei paineesta tai tilavuudesta erikseen: U = (f/2)nRT.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske P = nRT/V arvoilla n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), V = 0.0249 m³. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi kiinteässä tilavuudessa ja ainemäärässä paine ja absoluuttinen lämpötila ovat suoraan verrannollisia.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Ideaalikaasulaki vaatii lämpötilan kelvineinä, ei Celsiuksina. Selitä, miksi Celsiuksen käyttäminen (joka sallii negatiiviset ja nolla-arvot) rikkoisi löytämäsi suoran verrannollisuuden.
• Sisäenergia-sarakkeesi kasvaa myös lämpötilan mukana kiinteässä tilavuudessa. Selitä kaavalla U = (f/2)nRT, miksi kiinteän määrän kaasun lämmittäminen vakiotilavuudessa kasvattaa sekä sen painetta että sisäenergiaa yhdessä.

• 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

1. Ylös vai alas?
2. Nosta lämpötilaa
3. Tallenna paine
4. Avaa data
5. Selitä todisteesi

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Ideaalikaasulaki