Termodinamika
Peskovnik kinetične teorije
Segrevaj plin in glej, kako molekule pospešujejo (v_rms).
Peskovnik kinetične teorije — interaktivna simulacija Termodinamika. Segrevaj plin in glej, kako molekule pospešujejo (v_rms). Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Kinetična teorija
Segrevaj plin in glej, kako molekule pospešujejo (v_rms).
Kinetična teorija poveže temperaturo s povprečno kinetično energijo molekul: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Segrevanje doda energijo, ki se pokaže kot hitrejše naključno gibanje. Efektivna hitrost v_rms je tista, ki vstopa v zvezo za tlak idealnega plina, in pojasni, zakaj bolj vroči plini pri fiksni prostornini delujejo z višjim tlakom.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Temperatura je res merilo povprečnega gibanja molekul. Če podvojiš absolutno temperaturo plina, ali se tudi tipična hitrost molekul podvoji?
Predvidevanja za pretehtanje
- Hitrost molekul se prav tako podvoji, ker sta temperatura in hitrost neposredno sorazmerna.
- Hitrost molekul se poveča za faktor √2, ne 2, ker je hitrost odvisna od kvadratnega korena temperature.
- Hitrost molekul ni odvisna od temperature.
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Temperatura T (K)
Kaj izmeriš:
- Povprečna KE molekul (zJ)
- Efektivna hitrost v_rms (m/s)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev kinetic-sandbox in pritisni Ponastavi. Komora drži argon (M = 0,039948 kg/mol).
- Omogoči odčitka efektivne hitrosti in povprečne kinetične energije.
- Nastavi temperaturo plina za vsak poskus in zabeleži efektivno hitrost molekul.
Vodilna enačba
Efektivna hitrost molekul — v_rms = √(3·R·T / M)
Efektivna hitrost molekul plina je odvisna od temperature in molske mase: v_rms = √(3RT/M). Lažji, toplejši plini imajo hitreje gibajoče molekule.
Povprečna kinetična energija molekul — KE_avg = 3/2·kB·T
Vsaka molekula idealnega plina, ne glede na maso, ima pri dani temperaturi isto povprečno translacijsko kinetično energijo: KE_avg = (3/2)k_BT. Temperatura je temeljno merilo tega povprečnega gibanja.
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za en poskus izračunaj v_rms = √(3RT/M) z R = 8.314 J/(mol·K) in M = 0,039948 kg/mol. Primerjaj s tabelo.
- Razloži, zakaj v_rms raste s kvadratnim korenom temperature namesto v neposredni sorazmernosti z njo.
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Dva plina pri isti temperaturi imata isto povprečno kinetično energijo, a lažji plin (manjši M) ima višji v_rms. Razloži zakaj z KE_avg = ½M·v_rms² skupaj z dejstvom, da KE_avg je odvisna samo od T.
- Helij (M ≈ 0,004 kg/mol) uide iz balona precej hitreje, kot se balon izprazni od samega zraka. Z formulo za v_rms razloži, zakaj lažje molekule plinu skozi drobne pore hitreje.
- 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
- Dobrodošli v kinetičnem peskovniku
- Izberi komoro
- Pritisni Predvajaj
- Hitrejše molekule pri višjem T
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →