Термодинаміка

Пісочниця ідеального газу

Змінюйте n, V і T та спостерігайте, як P слідує PV = nRT.

Пісочниця ідеального газу — інтерактивне моделювання: Термодинаміка. Змінюйте n, V і T та спостерігайте, як P слідує PV = nRT. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Рівняння стану ідеального газу

Змінюйте n, V і T та спостерігайте, як P слідує PV = nRT.

Рівняння стану ідеального газу поєднує закони Бойля, Шарля та Авогадро в одне рівняння стану. Ця пісочниця тримає температуру явною, тож видно зростання тиску при стисненні об'єму чи збільшенні молей. Молекулярні удари об стінку поршня створюють макроскопічний показ тиску.

• PV = nRT
• KE_avg ∝ T

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Фіксовану кількість газу запаяно в жорсткий контейнер. Якщо його нагріти, що станеться з тиском?

Прогнози для зважування

• Тиск спадає при зростанні температури.
• Тиск зростає пропорційно температурі.
• Тиск не залежить від температури.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Температура T (K)

Що ви вимірюєте:

• Внутрішня енергія U (J)
• Тиск P (kPa)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет пісочниці ідеального газу та натисніть «Скинути». 1 моль аргону заповнює фіксований об'єм 0.0249 м³.
2. Увімкніть показ тиску на камері.
3. Задайте температуру газу для кожного заміру та запишіть тиск.

Керівне рівняння

Рівняння стану ідеального газу — P = n·R·T / V

Для n молів ідеального газу тиск, об'єм і температура пов'язані P·V = n·R·T. За фіксованих n і V тиск зростає прямо пропорційно абсолютній температурі.

Внутрішня енергія ідеального газу — U = f/2·n·R·T

Внутрішня енергія ідеального газу залежить лише від температури (та ступенів вільності f), не від тиску чи об'єму окремо: U = (f/2)nRT.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть P = nRT/V з n = 1 моль, R = 8.314 J/(mol·K), V = 0.0249 м³. Порівняйте з таблицею.
• Поясніть, чому за фіксованого об'єму та кількості газу тиск і абсолютна температура прямо пропорційні.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Рівняння стану ідеального газу вимагає температуру в кельвінах, не в Цельсіях. Поясніть, чому використання Цельсія (що допускає від'ємні й нульові значення) зламало б знайдену вами пряму пропорційність.
• Ваша колонка внутрішньої енергії теж зростає з температурою при фіксованому об'ємі. Поясніть, використовуючи U = (f/2)nRT, чому нагрівання фіксованої кількості газу при сталому об'ємі одночасно підіймає і тиск, і внутрішню енергію.

• 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

1. Вгору чи вниз?
2. Підніміть температуру
3. Зафіксуйте тиск
4. Відкрийте дані
5. Поясніть свої докази

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Рівняння стану ідеального газу