У пользователей, имеющих собственные образовательные сайты и начинающих Web-дизайнеров, появилась возможность украсить свои странички совершенно бесплатно любым из понравившихся банеров, начиная с этого. Для чего установите в любом удобном месте код, расположенный в самом низу этой страницы или скачайте сам банер по этой ссылке

Интерактивная анимация для изучения зависимости скорости движения молекул газа и его давления от температуры, концентрации и рода вещества

Версия от 3.09.2008 г.

Свершилось!
Только что нам удалось решить проблему предыдущих роликов - взаимное проникновение молекул во время удара при высоких температурах. Совершенно неожиданно вышли на возможность демонстрации одним роликом как реального, так и идеального газа. В зависимости от того, что именно желает показать учитель или увидеть пользователь, перемещением ползунка (расположенного внизу, в режиме настройка) в крайнее правое положение, устанавливаем максимальную силу взаимодействия, и молекулы начинают взаимодействовать, не долетая друг до друга, что вполне соответствует реальному газу. Крайнее левое положение - отсутствие силы взаимодействия - идеальный газ. Промежуточные значения позволят максимально приблизить картину при более высоких температурах.

И так, встречайте!
Лучший ролик из нашей виртуальной библиотеки "Коллекция интерактивной анимации для уроков с использованием компьютера" который, возможно, займет достойное место и в вашей виртуальной библиотеке.

Что может данная анимация и как с нею работать?

Вот краткий перечень возможностей данной анимации: она позволяет ответить на вопрос, чему равна средняя скорость молекулы водорода и любого другого газа (в том числе и одноатомного) в интервале от 0 до 90 градусов Цельсия. Также позволяет установить зависимость между средней скоростью движения и температурой, а стало быть, и показывает связь между температурой и средней кинетической энергией. Практическим путем можно определить среднюю длинну свободного пробега молекулы и ее зависимость от концентрации. Можно показать прямую зависимость между температурой и давлением и т.д.

Прежде всего, ее нужно включить, для чего достаточно найти кнопку "Эксперимент" и щелкнуть по ней левой кнопкой мыши, при этом появляется горизонтально движущаяся молекула, оставляющая за собой что-то похожее на трек, назовем его траекторией движения "меченой" молекулы, отображением которой можно управлять соответствующей интерактивной кнопкой - "траектория". Здесь же найдете кнопку "сетка", в ней возникнет необходимость при вычислении масштаба во время определения длины свободного пробега. Заметим, что доступными эти кнопки станут только в режиме "эксперимент"
В правом верхнем углу находится виртуальный секундомер, отсчитывающий время движения молекул с точностью до ста виртуальных миллисекунд. (Виртуальных потому, что в некоторых случаях они могут растягиваться или наоборот сжиматься в соответствии с условиями)
Ниже расположено окно, выводящее среднюю скорость движения молекул(ы), сейчас она равна 1844.4408 м/с именно с такой (виртуальной) скоростью (кстати сказать, расстояние между правой и левой стенкой сосуда сейчас равно 1844.4408 виртуальных метров) движется наблюдаемая молекула. Обратите внимание на то, сколько времени проходит между ударами молекулы о стенки сосуда. Увы, это сделать не совсем удобно, поскольку удар со стенкой не совпадает с изменением секунд, т.е. они не синхронны. Давайте научимся синхрониховать время с началом удара, для чего поищем кнопку "траектория". Запомним, что первый щелчок по ней левой кнопкой мыши убирает траекторию и останавливает секундомер, а повторный вновь включает ее отображение и при этом обнуляет показания секундомера. Пощелкайте по кнопке и убедитесь в этом

В качестве примера использования анимации приведем 2 практических занятия, если будут желающие, то эти занятия продолжим...

Практическое занятие №1. Учимся синхронизировать удары молекул(ы) о стенку сосуда с секундомером.

Для идеального газа это проделать будет проще, поэтому для первого раза переместите ползунок регулирующий силу взаимодействия в крайнее левое положение и после этого щелкните по кнопке "эксперимент".

Для синхронизации нам понадобятся еще две кнопки это "стоп кадр" и "проиграть". Они находятся в правом нижнем углу и видны только в режиме "Эксперимент", при этом кнопка проиграть появляется только в том случае, когда нажмем на кнопку "стоп кадр". Нашли ее? Ждем момента, когда молекула коснется стенки сосуда и жмем на нее. Щелкаем по кнопке траектория до обнуления показаний секунд и миллисекунд. Все, остается только запустить программу на исполнение кнопкой "проиграть". Если все сделано правильно, то в момент касания молекулы со стенкой сосуда будут увеличиваться и показания секунд.
Можно сделать первый вывод: Средняя скорость молекулы водорода при температуре 0 градусов Цельсия равна 1844.4408 м/с. С температурой все понятно, а откуда мы узнаем, что имеем дело с молекулой водорода? На это указывает значение молярной массы. А поскольку она в данный момент равна 0,002 кг/моль делаем вывод, что имеем дело именно с молекулой водорода.

Практическое занятие №2. Устанавливаем зависимость длинны свободного пробега молекул от их концентрации.

Для этого нам понадобится строка с окном, позволяющим менять количество молекул, сейчас там стоит цифра - 1. Попробуйте дописать к ней нолик или исправить на 2. Ага, не получается, совершенно правильно, для того чтобы внести исправление в это окно, необходимо перейти в другой режим. Найдите кнопку "настройка" и произведите по ней левый клик. После чего установим значение молекул равное 10 и, включив режим эксперимента, следим за траекторией меченой молекулы (если траектория получается не совсем интересной, убираем ее отображение соответсвующей кнопкой и вновь отображаем). Понравившуюся траекторию можно сфотографировать (заморозить) для чего нажмите кнопку стоп, а затем PrtSqr и выводим рисунок на печать, предварительно включив отображение сетки. Вновь переходим в режим настройка и увеличим количество молекул сначало до 20 затем до тридцати 30, при этом замечаем, что с увеличением N - длинна свободного пробега уменьшается. Вывод очевиден.

Самостоятельная работа №1.

Продумайте последовательность действий и произведите их для демонстрации ответов на вопросы:

1 - Если скорость движения молекул так велика, почему запахи в комнате распространябтся медленно?
2 - Почему диффузия в газах при более низких температурах протекает медленнее чем при более высоких?
3 -

Еще ниже расположено важная строка-окно, позволяющее менять вещество. Изменяя его значение, задаем новую молярную массу, например, если введем 0,004 - гелий, и т.д. .

Недостатки программы:

1 - Следует помнить - не стоит щелкать по кнопке "нагреть" повторно до тех пор, пока столбик термометра не остановится, поскольку программа расчитает и отобразит все параметры для новой температуры, а столбик термометра не успеет установить на новую позицию.

2 - не совсем удобнен и тот факт, что при переходе из режима эксперимента в режим настройки значения и количества молекул и молярная масса устонавливаются по умолчанию, а не запоминаются предыдущие значения

3 - ... вряд ли одна молекула сможет влиять на показания манометра

4 - ...

показать предыдущую : показать следующую


Copyright © СОМИТ, Александр Козлов, 2008

Рейтинг@Mail.ru