Nhiệt động lực học

Sân chơi thuyết động học phân tử

Nung nóng khí và quan sát các phân tử tăng tốc (v_rms).

Sân chơi thuyết động học phân tử — mô phỏng Nhiệt động lực học tương tác. Nung nóng khí và quan sát các phân tử tăng tốc (v_rms). Phòng thí nghiệm vật lý ảo miễn phí trên trình duyệt với phép đo SI trực tiếp và hướng dẫn từng bước.

Thuyết động học phân tử

Đun nóng khí và quan sát các phân tử tăng tốc như thế nào (v_rms).

Thuyết động học liên hệ nhiệt độ với năng lượng động học trung bình của phân tử: ½m⟨v²⟩ = (3/2)kT. Đun nóng thêm năng lượng biểu hiện dưới dạng chuyển động ngẫu nhiên nhanh hơn. Tốc độ căn quân phương v_rms là đại lượng đi vào công thức áp suất khí lý tưởng và giải thích vì sao khí nóng hơn tạo áp suất cao hơn ở thể tích cố định.

• KE_avg = (3/2)kT
• v_rms ∝ √T

Tóm tắt điều tra

Lập kế hoạch câu hỏi trước khi bạn mở phòng thí nghiệm

Bản tóm tắt phản ánh trang được kết xuất trước: câu hỏi dẫn dắt, các dự đoán cạnh tranh, vai trò của biến, các định luật chi phối, phần thiết lập và các gợi ý phân tích, mở rộng vẫn hiển thị theo thứ tự này.

Câu hỏi lái xe

Nhiệt độ thực sự là thước đo chuyển động trung bình của phân tử. Nếu bạn tăng gấp đôi nhiệt độ tuyệt đối của chất khí thì tốc độ phân tử thông thường có tăng gấp đôi không?

Dự đoán cân nặng

• Tốc độ phân tử cũng tăng gấp đôi vì nhiệt độ và tốc độ tỷ lệ thuận với nhau.
• Tốc độ phân tử tăng theo hệ số √2 chứ không phải 2, vì tốc độ phụ thuộc vào căn bậc hai của nhiệt độ.
• Tốc độ phân tử không phụ thuộc vào nhiệt độ.

Vai trò thay đổi

Những gì bạn đặt:

• Nhiệt độ T (K)

Những gì bạn đo lường:

• KE phân tử trung bình (zJ)
• Tốc độ RMS v_rms (m/s)

Cuộc điều tra diễn ra như thế nào

1. Mở cài đặt trước kinetic-sandbox và nhấn Reset. Buồng chứa khí argon (M = 0.039948 kg/mol).
2. Kích hoạt tính năng đọc tốc độ rms và động năng trung bình.
3. Đặt nhiệt độ khí cho mỗi lần thử và ghi lại tốc độ phân tử rms.

phương trình điều khiển

Tốc độ phân tử RMS — v_rms = √(3·R·T / M)

Tốc độ bình phương trung bình của các phân tử khí phụ thuộc vào nhiệt độ và khối lượng mol: v_rms = √(3RT/M). Khí nhẹ hơn, nóng hơn có các phân tử chuyển động nhanh hơn.

Động năng phân tử trung bình — KE_avg = 3/2·kB·T

Mọi phân tử khí lý tưởng, bất kể khối lượng, đều có cùng động năng tịnh tiến trung bình ở một nhiệt độ nhất định: KE_avg = (3/2)k_BT. Nhiệt độ về cơ bản là thước đo của chuyển động trung bình này.

Bảng tính có thể in được yêu cầu học sinh làm gì

• Đối với một lần dùng thử, hãy tính v_rms = √(3RT/M) bằng R = 8.314 J/(mol·K) và M = 0.039948 kg/mol. So sánh với bảng.
• Giải thích tại sao v_rms tăng theo căn bậc hai của nhiệt độ chứ không tỉ lệ thuận với nó.

Nơi điều này xuất hiện bên ngoài phòng thí nghiệm

• Hai chất khí ở cùng nhiệt độ có cùng động năng trung bình, nhưng chất khí nhẹ hơn (M nhỏ hơn) có v_rms cao hơn. Giải thích tại sao, sử dụng KE_avg = ½M·v_rms² cùng với việc KE_avg chỉ phụ thuộc vào T.
• Helium (M ≈ 0,004 kg/mol) thoát ra khỏi quả bóng bay nhanh hơn nhiều so với việc quả bóng xì hơi chỉ từ không khí. Sử dụng công thức v_rms của bạn để giải thích tại sao các phân tử khí nhẹ hơn thoát ra qua các lỗ nhỏ nhanh hơn.

• 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. Chào mừng đến phòng thí nghiệm thuyết động học
2. Chọn buồng khí
3. Nhấn Phát
4. Phân tử nhanh hơn khi T cao hơn
5. Mở Trình kiểm tra
6. Hoàn thành!

Mở mô phỏng tương tác để xây dựng hoạt cảnh, nhấn Chạy và khám phá với các phép đo trực tiếp và bài hướng dẫn.

Mở phòng thí nghiệm tương tác →

Tải tài liệu thí nghiệm →

Phương Trình Trạng Thái Khí Lý Tưởng