Termodinâmica
Sandbox de teoria cinética
Aqueça o gás e observe as moléculas acelerarem (v_rms).
Sandbox de teoria cinética — simulação interativa de Termodinâmica. Aqueça o gás e observe as moléculas acelerarem (v_rms). Laboratório virtual de física gratuito no navegador com medições SI ao vivo e tutorial guiado.
Teoria cinética
Aqueça o gás e observe como as moléculas aceleram (v_rms).
A teoria cinética relaciona a temperatura à energia cinética molecular média: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. O aquecimento adiciona energia que aparece como movimento aleatório mais rápido. A velocidade quadrática média v_rms é o que entra na relação de pressão do gás ideal e explica por que gases mais quentes exercem maior pressão em volume fixo.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Resumo da investigação
Planeje a pergunta antes de abrir o laboratório
O resumo espelha a página pré-renderizada: a pergunta orientadora, as previsões concorrentes, os papéis das variáveis, as leis governantes, a configuração e os prompts de análise e extensão permanecem visíveis e nesta ordem.
Pergunta de direção
A temperatura é realmente uma medida do movimento molecular médio. Se você duplicar a temperatura absoluta de um gás, a velocidade molecular típica também duplica?
Previsões para pesar
- A velocidade molecular também duplica, uma vez que a temperatura e a velocidade são diretamente proporcionais.
- A velocidade molecular aumenta por um fator de √2, não 2, uma vez que a velocidade depende da raiz quadrada da temperatura.
- A velocidade molecular não depende da temperatura.
Papéis variáveis
O que você definiu:
- Temperatura T (K)
O que você mede:
- KE molecular médio (zJ)
- Velocidade RMS v_rms (m/s)
Como funciona a investigação
- Abra o preset da caixa de areia cinética e pressione Redefinir. A câmara contém gás argônio (M = 0.039948 kg/mol).
- Ative as leituras de velocidade rms e energia cinética média.
- Defina a temperatura do gás para cada ensaio e registre a velocidade molecular rms.
Equação governante
Velocidade molecular RMS — v_rms = √(3·R·T / M)
A velocidade quadrática média das moléculas de gás depende da temperatura e da massa molar: v_rms = √(3RT/M). Gases mais leves e mais quentes têm moléculas que se movem mais rapidamente.
Energia Cinética Molecular Média — KE_avg = 3/2·kB·T
Cada molécula de gás ideal, independentemente da massa, tem a mesma energia cinética translacional média em uma determinada temperatura: KE_avg = (3/2)k_BT. A temperatura é fundamentalmente uma medida desse movimento médio.
O que a planilha para impressão pede aos alunos que resolvam
- Para uma tentativa, calcule v_rms = √(3RT/M) usando R = 8.314 J/(mol·K) e M = 0.039948 kg/mol. Compare com a tabela.
- Explique por que v_rms cresce com a raiz quadrada da temperatura e não em proporção direta a ela.
Onde isso aparece além do laboratório
- Dois gases à mesma temperatura têm a mesma energia cinética média, mas o gás mais leve (menor M) tem v_rms mais alto. Explique por que, usando KE_avg = ½M·v_rms² juntamente com o fato de que KE_avg depende apenas de T.
- O hélio (M ≈ 0.004 kg/mol) vaza de um balão muito mais rápido do que o balão esvazia apenas com o ar. Use sua fórmula v_rms para explicar por que as moléculas de gás mais leves escapam mais rapidamente através de minúsculos poros.
- 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
- Bem-vindo ao laboratório de teoria cinética
- Selecione a câmara
- Pressione Reproduzir
- moléculas mais rápidas a maior T
- Abra o Inspetor
- Você conseguiu!
Abra a simulação interativa para construir a cena, pressione Reproduzir e explore com medições em tempo real e um tutorial guiado.
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