Kinetikus gázelmélet: hőmérséklet és molekulasebesség

1 · Jóslás

A hőmérséklet valójában az átlagos molekulamozgás mércéje. Ha megduplázod egy gáz abszolút hőmérsékletét, megduplázódik-e a jellemző molekulasebesség is?

• A molekulasebesség is megduplázódik, mert a hőmérséklet és a sebesség közvetlenül arányos.
• A molekulasebesség √2 faktorral nő, nem 2-vel, mert a sebesség a hőmérséklet négyzetgyökétől függ.
• A molekulasebesség nem függ a hőmérséklettől.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a kinetic-sandbox előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. A kamra argongázt tart (M = 0.039948 kg/mol).
2. Engedélyezd az rms-sebesség- és átlagos mozgásienergia-kijelzőket.
3. Állítsd be a gáz hőmérsékletét minden mérésnél, és rögzítsd az rms molekulasebességet.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a v_rms-t (y-tengely) a √T-vel (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Egyenes-e a vonal az origón át?

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki a v_rms = √(3RT/M)-t R = 8.314 J/(mol·K) és M = 0.039948 kg/mol használatával. Hasonlítsd a táblázathoz.
2. Magyarázd meg, miért a hőmérséklet négyzetgyökével nő a v_rms, nem közvetlenül arányosan.

5 · Kiterjesztés

1. Két gáz azonos hőmérsékleten azonos átlagos mozgási energiájú, de a könnyebb gáznak (kisebb M) nagyobb a v_rms-e. Magyarázd meg, miért, a KE_avg = ½M·v_rms² képlettel együtt azzal a ténnyel, hogy a KE_avg csak a T-től függ.
2. A hélium (M ≈ 0.004 kg/mol) sokkal gyorsabban szivárog ki egy lufiból, mint amennyivel a lufi önmagában a levegőtől eresztene. Használd a v_rms képletedet, hogy megmagyarázd, miért szöknek a könnyebb gázmolekulák gyorsabban ki a parányi pórusokon.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap