Термодинамика
Песочница идеального газа
Меняйте n, V и T и смотрите, как P подчиняется PV = nRT.
Песочница идеального газа — интерактивная симуляция (Термодинамика). Меняйте n, V и T и смотрите, как P подчиняется PV = nRT. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Уравнение идеального газа
Меняйте n, V и T и смотрите, как P подчиняется PV = nRT.
Уравнение идеального газа объединяет законы Бойля, Шарля и Авогадро в одно уравнение состояния. Эта песочница держит температуру явной, чтобы вы видели рост давления при сжатии объёма или росте числа молей. Столкновения молекул со стенкой поршня создают макроскопическое показание давления.
- PV = nRT
- KE_avg ∝ T
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Фиксированное количество газа заперто в жёстком сосуде. Если его нагреть, что произойдёт с давлением?
Прогнозы для взвешивания
- Давление падает с ростом температуры.
- Давление растёт пропорционально температуре.
- Давление не зависит от температуры.
Роли переменных
Что вы задали:
- Температура T (K)
Что вы измеряете:
- Внутренняя энергия U (J)
- Давление P (kPa)
Как идёт исследование
- Откройте пресет песочницы идеального газа и нажмите «Сброс». 1 mol аргона заполняет фиксированный объём 0.0249 m³.
- Включите показание давления на камере.
- Задайте температуру газа для каждой пробы и запишите давление.
Определяющее уравнение
Уравнение идеального газа — P = n·R·T / V
Для n молей идеального газа давление, объём и температура жёстко связаны: P·V = n·R·T. При фиксированных n и V давление растёт прямо пропорционально абсолютной температуре.
Внутренняя энергия идеального газа — U = f/2·n·R·T
Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры (и числа степеней свободы f), а не отдельно от давления или объёма: U = (f/2)nRT.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите P = nRT/V, используя n = 1 моль; R = 8.314 Дж/(моль·К); V = 0.0249 м³. Сравните с таблицей.
- Объясните, почему при фиксированных объёме и количестве газа давление и абсолютная температура прямо пропорциональны.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Уравнение идеального газа требует температуру в кельвинах, не в Цельсиях. Объясните, почему использование Цельсий (допускающих отрицательные и нулевые значения) сломало бы найденную прямую пропорциональность.
- Ваш столбец внутренней энергии тоже растёт с температурой при фиксированном объёме. Используя U = (f/2)nRT, объясните, почему нагрев фиксированного количества газа при постоянном объёме поднимает одновременно и давление, и внутреннюю энергию.
- 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
- Вверх или вниз?
- Поднимите температуру
- Зафиксируйте давление
- Откройте данные
- Объясните свои данные
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →