Termodynamik
kinetisk sandlåda
Värm gasen och se molekylerna röra sig snabbare (v_rms).
kinetisk sandlåda — interaktiv Termodynamik-simulering. Värm gasen och se molekylerna röra sig snabbare (v_rms). Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
kinetisk teori
Värm gasen och se molekylerna snabba upp (v_rms).
Kinetisk teori kopplar temperatur till molekylernas medelrörelseenergi: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Uppvärmning tillför energi som visas som snabbare slumpmässig rörelse. Effektivvärdet av farten v_rms är det som går in i idealgasens tryckrelation och förklarar varför varmare gaser utövar högre tryck vid fast volym.
- KE_avg = (3/2)kT
- v_rms ∝ √T
Undersökningsblad
Planera frågan innan du öppnar labbet
Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.
Drivande fråga
Temperatur är egentligen ett mått på molekylernas medelrörelse. Om du fördubblar en gass absoluta temperatur, fördubblas då också den typiska molekylhastigheten?
Förutsägelser att väga
- Molekylhastigheten fördubblas också, eftersom temperatur och hastighet är direkt proportionella.
- Molekylhastigheten ökar med faktorn √2, inte 2, eftersom hastigheten beror av kvadratroten ur temperaturen.
- Molekylhastigheten beror inte av temperaturen.
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Temperatur T (K)
Det du mäter:
- Molekylär medel-KE (zJ)
- RMS-hastighet v_rms (m/s)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Kinetisk gasteori och tryck på Återställ. Kammaren innehåller argongas (M = 0.039948 kg/mol).
- Aktivera avläsningarna av rms-fart och genomsnittlig rörelseenergi.
- Ställ in gastemperaturen för varje försök och notera rms-molekylfarten.
Styrande ekvation
RMS-molekylhastighet — v_rms = √(3·R·T / M)
Gasmolekylernas rms-fart (effektivvärdet av farten) beror av temperatur och molmassa: v_rms = √(3RT/M). Lättare och hetare gaser har snabbare molekyler.
Molekylär medelkinetisk energi — KE_avg = 3/2·kB·T
Varje molekyl i en ideal gas, oavsett massa, har samma genomsnittliga translationella rörelseenergi vid en given temperatur: KE_avg = (3/2)k_BT. Temperatur är i grunden ett mått på denna medelrörelse.
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök v_rms = √(3RT/M) med R = 8.314 J/(mol·K) och M = 0.039948 kg/mol. Jämför med tabellen.
- Förklara varför v_rms växer med kvadratroten ur temperaturen i stället för i direkt proportion till den.
Var det här syns utanför labbet
- Två gaser vid samma temperatur har samma genomsnittliga rörelseenergi, men den lättare gasen (mindre M) har högre v_rms. Förklara varför, med KE_avg = ½M·v_rms² tillsammans med att KE_avg bara beror av T.
- Helium (M ≈ 0.004 kg/mol) läcker ur en ballong mycket snabbare än ballongen töms av luft ensam. Använd din formel för v_rms för att förklara varför lättare gasmolekyler tar sig ut genom små porer snabbare.
- 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
- Välkommen till Kinetisk sandlåda
- Välj kammaren
- Tryck på Spela upp
- Snabbare molekyler vid högre T
- Öppna panelen Egenskaper
- Klart!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.