อุณหพลศาสตร์
แซนด์บ็อกซ์แก๊สอุดมคติ
เปลี่ยนค่า n, V และ T แล้วสังเกต P ที่เปลี่ยนตามสมการ PV = nRT
แซนด์บ็อกซ์แก๊สอุดมคติ — การจำลองอุณหพลศาสตร์แบบโต้ตอบ เปลี่ยนค่า n, V และ T แล้วสังเกต P ที่เปลี่ยนตามสมการ PV = nRT ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
กฎแก๊สอุดมคติ
เปลี่ยน n, V และ T แล้วดู P ที่เป็นไปตาม PV = nRT
กฎแก๊สอุดมคติรวมกฎของบอยล์ ชาร์ล และอาโวกาโดรเข้าเป็นสมการสถานะเดียว แซนด์บ็อกซ์นี้แสดงอุณหภูมิอย่างชัดเจนเพื่อให้เห็นความดันเพิ่มขึ้นเมื่อปริมาตรลดลงหรือโมลเพิ่มขึ้น การชนกันของโมเลกุลกับผนังลูกสูบสร้างค่าความดันระดับมหภาคที่แสดงผล
- PV = nRT
- KE_avg ∝ T
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
แก๊สปริมาณคงที่ถูกผนึกในภาชนะแข็ง ถ้าทำให้ร้อนขึ้น ความดันของมันเป็นอย่างไร
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ความดันลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น
- ความดันเพิ่มตามสัดส่วนกับอุณหภูมิ
- ความดันไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- อุณหภูมิ T (K)
สิ่งที่คุณวัด:
- พลังงานภายใน U (J)
- ความดัน P (kPa)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ ideal-gas-sandbox แล้วกดรีเซ็ต อาร์กอน 1 mol ใส่ปริมาตรคงที่ 0.0249 m³
- เปิดค่าแสดงความดันบนห้องจำลอง
- ตั้งอุณหภูมิแก๊สในแต่ละรอบแล้วบันทึกความดัน
สมการควบคุม
กฎแก๊สอุดมคติ — P = n·R·T / V
ก๊าซอุดมคติ n โมล ความดัน ปริมาตร และอุณหภูมิถูกผูกไว้ด้วย P·V = n·R·T ที่ n และ V คงที่ ความดันเพิ่มตามสัดส่วนตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์
พลังงานภายในของแก๊สอุดมคติ — U = f/2·n·R·T
พลังงานภายในของก๊าซอุดมคติขึ้นกับอุณหภูมิ (และองศาเสรี f) เท่านั้น ไม่ขึ้นกับความดันหรือปริมาตรแยกกัน: U = (f/2)nRT
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ P = nRT/V โดยใช้ n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), V = 0.0249 m³ เทียบกับตาราง
- อธิบายว่าเหตุใดที่ปริมาตรและปริมาณแก๊สคงที่ ความดันจึงแปรผันตรงกับอุณหภูมิสัมบูรณ์
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- กฎแก๊สอุดมคติต้องใช้อุณหภูมิเป็นเคลวิน ไม่ใช่เซลเซียส อธิบายว่าเหตุใดการใช้เซลเซียส (ซึ่งมีค่าติดลบและศูนย์ได้) จึงทำลายความแปรผันตรงที่คุณพบ
- ที่ปริมาตรคงที่ คอลัมน์พลังงานภายในของคุณก็เพิ่มตามอุณหภูมิเช่นกัน จงใช้ U = (f/2)nRT อธิบายว่าทำไมการให้ความร้อนแก่ก๊าซปริมาณคงที่ที่ปริมาตรคงที่จึงเพิ่มทั้งความดันและพลังงานภายในพร้อมกัน
- 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
- ขึ้นหรือลง?
- เพิ่มอุณหภูมิ
- บันทึกความดัน
- เปิดดูข้อมูล
- อธิบายหลักฐานของคุณ
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ