Termodynamika
Pieskovisko kinetickej teórie
Zohrievaj plyn a sleduj, ako molekuly zrýchľujú (v_rms).
Pieskovisko kinetickej teórie — interaktívna simulácia Termodynamika. Zohrievaj plyn a sleduj, ako molekuly zrýchľujú (v_rms). Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Kinetická teória
Zohrievaj plyn a sleduj, ako molekuly zrýchľujú (v_rms).
Kinetická teória spája teplotu s priemernou molekulovou kinetickou energiou: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Zohrievanie pridáva energiu, ktorá sa prejaví rýchlejším náhodným pohybom. Efektívna kvadratická rýchlosť v_rms vstupuje do vzťahu pre tlak ideálneho plynu a vysvetľuje, prečo horúcejšie plyny vyvíjajú vyšší tlak pri pevnom objeme.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Teplota je v skutočnosti miera priemerného molekulového pohybu. Ak zdvojnásobíš absolútnu teplotu plynu, zdvojnásobí sa aj typická rýchlosť molekúl?
Predikcie na zváženie
- Rýchlosť molekúl sa tiež zdvojnásobí, pretože teplota a rýchlosť sú priamo úmerné.
- Rýchlosť molekúl sa zväčší činiteľom √2, nie 2, pretože rýchlosť závisí na druhej odmocnine teploty.
- Rýchlosť molekúl nezávisí na teplote.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Teplota T (K)
Čo meriaš:
- Priemerná KE molekúl (zJ)
- Efektívna rýchlosť v_rms (m/s)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu kinetické pieskovisko a stlač Resetovať. Komora drží argón (M = 0.039948 kg/mol).
- Zapni odčítania efektívnej rýchlosti a priemernej kinetickej energie.
- Nastav teplotu plynu pre každý pokus a zaznamenaj efektívnu rýchlosť molekúl.
Riadiaca rovnica
Efektívna rýchlosť molekúl — v_rms = √(3·R·T / M)
Efektívna kvadratická rýchlosť molekúl plynu závisí na teplote a molárnej hmotnosti: v_rms = √(3RT/M). Ľahšie, horúcejšie plyny majú rýchlejšie sa hýbajúce molekuly.
Priemerná kinetická energia molekúl — KE_avg = 3/2·kB·T
Každá molekula ideálneho plynu, bez ohľadu na hmotnosť, má pri danej teplote rovnakú priemernú translačnú kinetickú energiu: KE_avg = (3/2)k_BT. Teplota je fundamentálne miera tohto priemerného pohybu.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj v_rms = √(3RT/M) s R = 8.314 J/(mol·K) a M = 0.039948 kg/mol. Porovnaj s tabuľkou.
- Vysvetli, prečo v_rms rastie s druhou odmocninou teploty namiesto priamej úmernosti.
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Dva plyny pri tej istej teplote majú rovnakú priemernú kinetickú energiu, ale ľahší plyn (menšie M) má vyššie v_rms. Vysvetli prečo, pomocou KE_avg = ½M·v_rms² spolu so skutočnosťou, že KE_avg závisí len na T.
- Hélium (M ≈ 0.004 kg/mol) uniká z balóna oveľa rýchlejšie, než balón splaskne samotným vzduchom. Použi svoj vzorec v_rms na vysvetlenie, prečo ľahšie molekuly plynu unikajú cez drobné póry rýchlejšie.
- 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
- Vitaj pri kinetickom pieskovisku
- Vyber komoru
- Stlač Prehrať
- Rýchlejšie molekuly pri vyššej T
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →