Termodinamika
Kinetinė smėliadėžė
Kaitink dujas ir žiūrėk, kaip molekulės greitėja (v_rms).
Kinetinė smėliadėžė — interaktyvi Termodinamika simuliacija. Kaitink dujas ir žiūrėk, kaip molekulės greitėja (v_rms). Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Kinetinė teorija
Kaitink dujas ir žiūrėk, kaip molekulės greitėja (v_rms).
Kinetinė teorija sieja temperatūrą su vidutine molekulių kinetine energija: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Šildymas prideda energijos, kuri pasireiškia greitesniu atsitiktiniu judesiu. Vidutinis kvadratinis greitis v_rms yra tas, kuris įeina į idealiovių dujų slėgio sąryšį, ir paaiškina, kodėl karštesnės dujos esant fiksuotam tūriui daro didesnį slėgį.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Temperatūra iš tikrųjų yra vidutinio molekulių judesio matas. Jei padvigubinsi dujų absoliučiąją temperatūrą, ar tipinis molekulių greitis irgi pasidvigubina?
Svarstytini spėjimai
- Molekulių greitis irgi pasidvigubina, nes temperatūra ir greitis tiesiogiai proporcingi.
- Molekulių greitis padidėja √2, o ne 2 kartus, nes greitis priklauso nuo temperatūros kvadratinės šaknies.
- Molekulių greitis nepriklauso nuo temperatūros.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Temperatūra T (K)
Ką tu matauji:
- Vidutinė molekulių KE (zJ)
- Vidutinis kvadratinis greitis v_rms (m/s)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Kinetinė teorija“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Kamera laiko argono dujas (M = 0.039948 kg/mol).
- Įjunk rms greičio ir vidutinės kinetinės energijos rodmenis.
- Nustatyk dujų temperatūrą kiekvienam bandymui ir užsirašyk rms molekulių greitį.
Valdančioji lygtis
Vidutinis kvadratinis molekulių greitis — v_rms = √(3·R·T / M)
Molekulių vidutinis kvadratinis greitis priklauso nuo temperatūros ir molinės masės: v_rms = √(3RT/M). Lengvesnės, karštesnės dujos turi greičiau judančias molekules.
Vidutinė molekulių kinetinė energija — KE_avg = 3/2·kB·T
Kiekviena idealiovių dujų molekulė, nepriklausomai nuo masės, tam tikroje temperatūroje turi tą pačią vidutinę slenkamąją kinetinę energiją: KE_avg = (3/2)k_BT. Temperatūra iš esmės yra šio vidutinio judesio matas.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok v_rms = √(3RT/M) naudodamas R = 8.314 J/(mol·K) ir M = 0.039948 kg/mol. Palygink su lentele.
- Paaiškink, kodėl v_rms auga su temperatūros kvadratine šaknimimi, o ne tiesiogiai proporcingai jai.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Dujos toje pačioje temperatūroje turi tą pačią vidutinę kinetinę energiją, bet lengvesnės dujos (mažesnis M) turi aukštesnį v_rms. Paaiškink kodėl, naudodamas KE_avg = ½M·v_rms² kartu su tuo, kad KE_avg priklauso tik nuo T.
- Helis (M ≈ 0.004 kg/mol) iš baliono išteka kur kas greičiau, nei balionas susitraukia vien nuo oro. Naudodamas v_rms formulę paaiškink, kodėl lengvesnės dujų molekulės per mažytes poras sprunka greičiau.
- 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
- Sveiki atvykę į kinetinę smėliadėžę
- Pasirink kamerą
- Spausk Leisti
- Greitesnės molekulės aukštesnėje T
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →