Termodinamika
Sandbox kinetičke teorije
Zagrij plin i gledaj kako molekule ubrzavaju (v_rms).
Sandbox kinetičke teorije — interaktivna simulacija: Termodinamika. Zagrij plin i gledaj kako molekule ubrzavaju (v_rms). Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Kinetička teorija
Zagrij plin i gledaj kako molekule ubrzavaju (v_rms).
Kinetička teorija povezuje temperaturu s prosječnom kinetičkom energijom molekula: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Zagrijavanje dodaje energiju koja se pojavljuje kao brže nasumično gibanje. Efektivna brzina v_rms ona je koja ulazi u relaciju tlaka idealnog plina i objašnjava zašto vrući plinovi vrše veći tlak pri fiksnom volumenu.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Sažetak istraživanja
Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij
Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.
Središnje pitanje
Temperatura je doista mjera prosječnog gibanja molekula. Ako udvostručiš apsolutnu temperaturu plina, udvostručuje li se i tipična brzina molekula?
Predviđanja za odvagnuti
- Brzina molekula se također udvostručuje, jer su temperatura i brzina izravno razmjerni.
- Brzina molekula raste faktorom √2, a ne 2, jer brzina ovisi o korijenu temperature.
- Brzina molekula ne ovisi o temperaturi.
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Temperatura T (K)
Što mjeriš:
- Prosječna molekularna KE (zJ)
- Efektivna brzina v_rms (m/s)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav kinetic-sandbox i pritisni Resetiraj. Komora drži argon (M = 0.039948 kg/mol).
- Omogući očitanja rms brzine i prosječne kinetičke energije.
- Postavi temperaturu plina za svaki pokušaj i zabilježi rms brzinu molekula.
Odgovarajuća jednadžba
Efektivna brzina molekula — v_rms = √(3·R·T / M)
Efektivna brzina molekula plina ovisi o temperaturi i molarnoj masi: v_rms = √(3RT/M). Lakši i vrući plinovi imaju brže molekule.
Prosječna molekularna kinetička energija — KE_avg = 3/2·kB·T
Svaka molekula idealnog plina, bez obzira na masu, ima istu prosječnu translacijsku kinetičku energiju pri danoj temperaturi: KE_avg = (3/2)k_BT. Temperatura je u temelju mjera tog prosječnog gibanja.
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Za jedan pokušaj izračunaj v_rms = √(3RT/M) koristeći R = 8.314 J/(mol·K) i M = 0.039948 kg/mol. Usporedi s tablicom.
- Objasni zašto v_rms raste s korijenom temperature, a ne izravno razmjerno s njom.
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Dva plina na istoj temperaturi imaju istu prosječnu kinetičku energiju, ali lakši plin (manji M) ima viši v_rms. Objasni zašto, koristeći KE_avg = ½M·v_rms² zajedno s činjenicom da KE_avg ovisi samo o T.
- Helij (M ≈ 0.004 kg/mol) curi iz balona mnogo brže nego što balon pada od samog zraka. Koristi svoju formulu v_rms za objašnjenje zašto lakše molekule plina bježe kroz sitne pore brže.
- 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
- Dobro došli u kinetički sandbox
- Odaberi komoru
- Pritisni Pokreni
- Brže molekule pri višem T
- Otvori ploču Svojstva
- Uspjelo ti je!
Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Otvori interaktivni laboratorij →