Thermodynamique
Bac à sable de théorie cinétique
Chauffez le gaz et observez les molécules accélérer (v_rms).
Bac à sable de théorie cinétique — simulation interactive de Thermodynamique. Chauffez le gaz et observez les molécules accélérer (v_rms). Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.
Théorie cinétique
Chauffez le gaz et observez les molécules accélérer (v_rms).
La théorie cinétique relie la température à l'énergie cinétique moléculaire moyenne : ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Chauffer ajoute de l'énergie qui se manifeste par un mouvement aléatoire plus rapide. La vitesse quadratique moyenne v_rms est celle qui intervient dans la relation de pression du gaz parfait et explique pourquoi les gaz plus chauds exercent une pression plus élevée à volume fixe.
- Énergie cinétique moyenne KE_avg = (3/2)kT
- Vitesse RMS v_rms ∝ √T
Mémoire d'enquête
Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire
Le brief reprend la page pré-rendue : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.
Question de conduite
La température est en réalité une mesure du mouvement moléculaire moyen. Si vous doublez la température absolue d’un gaz, la vitesse moléculaire typique double-t-elle également ?
Des pronostics à peser
- La vitesse moléculaire double également, puisque la température et la vitesse sont directement proportionnelles.
- La vitesse moléculaire augmente d'un facteur √2, et non 2, puisque la vitesse dépend de la racine carrée de la température.
- La vitesse moléculaire ne dépend pas de la température.
Rôles variables
Ce que vous définissez :
- Température T (K)
Ce que vous mesurez :
- KE moléculaire moyen (zJ)
- Vitesse RMS v_rms (m/s)
Comment se déroule l'enquête
- Ouvrez le préréglage « bac à sable cinétique » et appuyez sur Réinitialiser. La chambre contient du gaz argon (M = 0.039948 kg/mol).
- Activez les lectures de vitesse efficace et d’énergie cinétique moyenne.
- Réglez la température du gaz pour chaque essai et enregistrez la vitesse moléculaire efficace.
Équation gouvernante
Vitesse moléculaire RMS — v_rms = √(3·R·T / M)
La vitesse quadratique moyenne des molécules de gaz dépend de la température et de la masse molaire : v_rms = √(3RT/M). Les gaz plus légers et plus chauds ont des molécules qui se déplacent plus rapidement.
Énergie cinétique moléculaire moyenne — KE_avg = 3/2·kB·T
Chaque molécule de gaz parfait, quelle que soit sa masse, a la même énergie cinétique de translation moyenne à une température donnée : KE_avg = (3/2)k_BT. La température est fondamentalement une mesure de ce mouvement moyen.
Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre
- Pour un essai, calculez v_rms = √(3RT/M) en utilisant R = 8.314 J/(mol·K) et M = 0.039948 kg/mol. Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi v_rms croît avec la racine carrée de la température plutôt qu'en proportion directe avec celle-ci.
Où cela apparaît au-delà du laboratoire
- Deux gaz à la même température ont la même énergie cinétique moyenne, mais le gaz le plus léger (le plus petit M) a une v_rms plus élevée. Expliquez pourquoi, en utilisant KE_avg = ½M·v_rms² ainsi que le fait que KE_avg ne dépend que de T.
- L'hélium (M ≈ 0.004 kg/mol) s'échappe d'un ballon beaucoup plus rapidement que le ballon ne se dégonfle à cause de l'air seul. Utilisez votre formule v_rms pour expliquer pourquoi les molécules de gaz plus légères s'échappent plus rapidement à travers les minuscules pores.
- 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
- Bienvenue dans le bac à sable de théorie cinétique
- Sélectionnez la enceinte
- Appuyez sur Lecture
- Des molécules plus rapides à T plus élevée
- Ouvrez l'Inspecteur
- Bravo !
Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.
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