열역학
이상기체 샌드박스
n, V, T를 바꾸며 P가 PV = nRT를 따르는지 관찰하세요.
이상기체 샌드박스 — 인터랙티브 열역학 시뮬레이션. n, V, T를 바꾸며 P가 PV = nRT를 따르는지 관찰하세요. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
이상 기체 법칙
n, V, T를 바꾸면 P가 PV = nRT를 따르는 모습을 관찰할 수 있습니다.
이상 기체 법칙은 보일의 법칙, 샤를의 법칙, 아보가드로의 법칙을 하나의 상태 방정식으로 결합합니다. 이 샌드박스는 온도를 명시적으로 유지하므로 부피가 줄거나 몰수가 늘어날 때 압력이 오르는 모습을 볼 수 있습니다. 피스톤 벽에 대한 분자 충돌이 거시적인 압력 판독값을 만들어냅니다.
- PV = nRT
- KE_avg ∝ T
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
고정된 양의 가스가 단단한 용기에 밀봉되어 있습니다. 가열하면 압력은 어떻게 되나요?
검토할 예측
- 온도가 상승함에 따라 압력은 감소합니다.
- 압력은 온도에 비례하여 증가합니다.
- 압력은 온도에 의존하지 않습니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 온도 T (K)
측정하는 것:
- 내부 에너지 U (J)
- 압력 P (kPa)
실험 진행 방법
- ideal-gas-sandbox 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 1몰의 아르곤은 0.0249m3의 고정된 부피를 채웁니다.
- 챔버의 압력 판독을 활성화합니다.
- 각 시행마다 가스 온도를 설정하고 압력을 기록합니다.
지배방정식
이상기체 법칙 — P = n·R·T / V
n 몰의 이상 기체에 대해 압력, 부피 및 온도는 P·V = n·R·T에 의해 함께 고정됩니다. 고정된 n과 V에서 압력은 절대 온도에 정비례하여 상승합니다.
이상기체의 내부에너지 — U = f/2·n·R·T
이상기체의 내부 에너지는 압력이나 부피에 별도로 영향을 받지 않고 온도(및 자유도 f)에만 의존합니다. U = (f/2)nRT.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 한 번의 시행에서는 n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), V = 0.0249 m³를 사용하여 P = nRT/V를 계산합니다. 표와 비교해 보세요.
- 기체의 부피와 양이 고정되어 있을 때 압력과 절대온도가 정비례하는 이유를 설명하세요.
실험 밖에서의 활용
- 이상기체 법칙에서는 섭씨가 아닌 켈빈 단위의 온도가 필요합니다. 섭씨(음수 및 0 값 허용)를 사용하면 찾은 정비례가 깨지는 이유를 설명하세요.
- 고정된 부피에서, 내부 에너지 열도 온도에 따라 증가합니다. U = (f/2)nRT를 이용해, 일정한 부피에서 고정된 양의 기체를 가열하면 압력과 내부 에너지가 함께 증가하는 이유를 설명하세요.
- 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
- 오를까요, 내릴까요?
- 온도 올리기
- 압력 기록하기
- 데이터 열기
- 근거 설명하기
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.