Симулятор идеального газа
Модель в стиле твёрдых сфер или частиц в ящике, связывающая микроскопическое движение с макроскопическими переменными. Объясняет связь кинетической картины с уравнением состояния идеального газа PV = nRT в учебных целях.
Для кого: Введение в статистическую механику и тепловые явления.
Ключевые понятия
- идеальный газ
- давление
- температура
- кинетическая теория
- PV = nRT
Как это работает
Твёрдые диски в 2D-ящике с упругими отражениями от стен и парными столкновениями. Температура отождествляется со средней кинетической энергией на частицу (k = 1 в единицах модели). Для разреженного 2D идеального газа давление должно следовать P ≈ NkT/A, где A — площадь — сравните сглаженную оценку импульса от стенок с NkT/A. Увеличение N или T при фиксированном объёме повышает давление; расширение ящика понижает его — качественная демонстрация PV ∝ NT.
Основные формулы
Часто задаваемые вопросы
- Какие предположения определяют идеальный газ?
- Точечные частицы, упругие столкновения, отсутствие дальнодействующих сил и большая длина свободного пробега, так что в простейшей модели внутренняя энергия определяется только кинетической энергией.
Ещё из «Термодинамика»
Другие симуляторы в этой категории — или все 18.
Gas Laws Interactive
Boyle's, Charles's, Gay-Lussac's laws with interactive piston.
Теплопередача
Теплопроводность, конвекция и излучение при наличии градиентов температуры.
Фазовая диаграмма
Диаграмма температура-давление с указанием фазовых переходов.
Двигатель Карно
Анимация цикла на PV-диаграмме с этапами цикла и расчётом КПД.
Распределение Максвелла–Больцмана
Гистограмма |v| из гауссовых компонент в сравнении с 3D плотностью вероятности скорости Максвелла; T и размер выборки.
Тепловое расширение
Линейное ΔL = α L₀ ΔT; сравнение эталонного стержня и длины после нагрева/охлаждения (схематично).