Termodinamika
Kinētiskās teorijas smilškaste
Sildi gāzi un vēro, kā molekulas paātrinās (v_rms).
Kinētiskās teorijas smilškaste — interaktīva Termodinamika simulācija. Sildi gāzi un vēro, kā molekulas paātrinās (v_rms). Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.
Kinētiskā teorija
Sildi gāzi un vēro, kā molekulas paātrinās (v_rms).
Kinētiskā teorija saista temperatūru ar vidējo molekulāro kinētisko enerģiju: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Sildīšana pievieno enerģiju, kas parādās kā ātrāka haotiskā kustība. Vidējais kvadrātiskais ātrums v_rms ir tas, kas ieiet ideālās gāzes spiediena sakarībā, un izskaidro, kāpēc karstākas gāzes fiksētā tilpumā rada lielāku spiedienu.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Izpētes kopsavilkums
Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju
Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.
Virzošais jautājums
Temperatūra patiesībā ir vidējās molekulārās kustības mērs. Ja tu dubulto gāzes absolūto temperatūru, vai tipiskais molekulārais ātrums arī dubultojas?
Prognozes, ko svērt
- Molekulārais ātrums arī dubultojas, jo temperatūra un ātrums ir tieši proporcionāli.
- Molekulārais ātrums pieaug par √2 reizi, nevis 2, jo ātrums atkarīgs no temperatūras kvadrātsaknes.
- Molekulārais ātrums nav atkarīgs no temperatūras.
Lielumu lomas
Ko tu iestati:
- Temperatūra T (K)
Ko tu mēri:
- Vidējā molekulārā KE (zJ)
- Vidējais kvadrātiskais ātrums v_rms (m/s)
Kā izpēte norit
- Atver kinētiskās smilškastes eksperimentu un nospied Atiestatīt. Kamera tur argona gāzi (M = 0.039948 kg/mol).
- Ieslēdz rms ātruma un vidējās kinētiskās enerģijas rādījumus.
- Iestati gāzes temperatūru katram mēģinājumam un ieraksti rms molekulāro ātrumu.
Noteicošais vienādojums
Molekulu vidējais kvadrātiskais ātrums — v_rms = √(3·R·T / M)
Gāzes molekulu vidējais kvadrātiskais ātrums atkarīgs no temperatūras un molmasas: v_rms = √(3RT/M). Vieglākām, karstākām gāzēm ir ātrāk kustošas molekulas.
Vidējā molekulārā kinētiskā enerģija — KE_avg = 3/2·kB·T
Katrai ideālas gāzes molekulai, neatkarīgi no masas, ir viena un tā pati vidējā translācijas kinētiskā enerģija pie dotās temperatūras: KE_avg = (3/2)k_BT. Temperatūra fundamentāli ir šīs vidējās kustības mērs.
Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt
- Vienam mēģinājumam izrēķini v_rms = √(3RT/M) ar R = 8.314 J/(mol·K) un M = 0.039948 kg/mol. Salīdzini ar tabulu.
- Izskadyro, kāpēc v_rms aug ar temperatūras kvadrātsakni, nevis tiešā proporcijā ar to.
Kur tas parādās ārpus laboratorijas
- Divas gāzes vienā temperatūrā ir viena vidējā kinētiskā enerģija, bet vieglākai gāzei (mazāks M) ir lielāks v_rms. Izskadyro, kāpēc, izmantojot KE_avg = ½M·v_rms² kopā ar faktu, ka KE_avg atkarīgs tikai no T.
- Hēlijs (M ≈ 0.004 kg/mol) izplūst no balona daudz ātrāk, nekā balons tukšo tikai no gaisa. Izmanto savu v_rms formulu, lai izskaidrotu, kāpēc vieglākās gāzes molekulas izbēg cauri sīkām porām ātrāk.
- 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
- Sveicināts kinētiskās smilškastes eksperimentā
- Atlasīts kameru
- Nospied „Atskaņot”
- Ātrākas molekulas pie augstāka T
- Atver Īpašību paneli
- Tev izdevās!
Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.
Atvērt interaktīvo laboratoriju →