Технологія роботи. Нові елементи управління моделлю

Нові елементи управління моделлю

Робоче вікно моделі

WALL-MOVE – використовується для тимчасового призупинення роботи моделі з метою зміни об’єму контейнера. Користувач повинен установити курсор та натиснути ліву кнопку миші у новому місці WORLD&VIEW для позначення місця розташування помаранчевої стінки контейнера. Нове місце має бути праворуч від поточного місця розміщення помаранчевої стінки, щоб забезпечити адіабатичне вільне розширення газу.

Слайдери:

INITIAL-WALL-POSITION – допомагає регулювати первинний об'єм зміною місця розташування помаранчевої стінки контейнера.

Монітори:

VOLUME – показує об'єм контейнера.

WALL HITS PER PARTICLE – середнє число ударів частинки об стінки

Графіки:

VOLUME VS. TIME – показує зміну об’єму контейнера з плином часу.

PRESSURE VS. TIME – показує зміну середнього тиску газу всередині контейнера з плином часу.

1. Встановіть кількість частинок в контейнері за допомогою слайдера INITIAL-NUMBER і / або відрегулюйте об'єм контейнера повзунком INITIAL-WALL-POSITION.

2. Натисніть кнопку SETUP і GO/STOP. Спостерігайте, що відбувається. Візуалізуйте для наочності кольором швидкість частинок.

3. Натисніть кнопку MOVE WALL. Рух частинок буде зупинено.

4. Перемістіть курсор у місце праворуч від поточного положення помаранчевої стінки контейнера всередині WORLD&VIEW. Клацніть на цьому місці мишею, стінка пересунеться. Натисніть GO/STOP і рух частинок буде продовжено.

5. Спостерігайте співвідношення між графіками зміни об'єму і тиску в часі. Зверніть увагу, що, коли ви переміщаєте стіну, відбувається зміна тиску. Але потрібен час, щоб тиск стабілізувався. Це схоже на те, що ви бачили, коли додавали частинки в моделі велосипедної шини.

6. Встановіть та запустіть модель з 200 частинками.

7. Змініть об'єм контейнера.

8. Запишіть тиск газу, коли він стабілізується, в табл. 6.1.

9. Повторіть кроки 6–8, записуючи у таблицю дані для семи різних об’ємів контейнера.

Таблиця 6.1

Об’єм контейнера	Тиск

Завдання 6.1. За даними табл. 6.1 побудуйте графік залежності тиску від об'єму контейнера (для однієї кількості частинок). Об’єм відкладайте по осі Х, оскільки він є незалежною змінною. Якого виду вийшла математична залежність?

Ви повинні були знайти зворотну залежність між об’ємом газу і тиском. Форма графіка такого відношення така:

Якщо ви подивитися на праву верхню чверть цього рисунка та впізнаєте форму графіка, який побудували самі – ваш результат відповідає тому, що вчені виявили при дослідженні газів.

Зворотній зв'язок може бути описаний у вигляді лінійного рівняння виду: y = a /х, де a – постійний коефіцієнт.

Якщо переписати рівняння для тиску (Р), об'єму (V) і k₃ (де k₃ представить той же постійний коефіцієнт a), отримаємо:

P = k₃ / V

Після нескладного математичного перетворення ми отримаємо:

P • V = k₃

Завдання 6.2: Використайте отримане рівняння для обчислення значення k₃ з даних таблиці комп'ютерної моделі.

Ви розробили такі рівняння:

P = m₁ ▪ N + 0 P = k₃ / V

Рівняння, що врахує сукупний ефект від зміни об’єму контейнера (V) і числа частинок (N) для тиску газу, наведено нижче:

P = (m₁ ▪ k₃ ▪ N) / V

Іноді два коефіцієнти (m₁ і k₃) об'єднують разом, вводячи нову константу (k): P = k ▪ N / V

Наступне питання є дуже складним завданням. Щоб допомогти вам розробити розумну математичну модель для тиску, давайте розглянемо залежності, які ми виявили досі:

• число часток (N) – лінійна залежність з тиском (Р);

• температура газу (T) – лінійна залежність з тиском (Р);

• об'єм контейнера (V) - обернено пропорційна залежність з тиском (Р)

Ви розробили три основні рівняння:

P = m1 ▪ N + 0

P = m2 ▪ T + 0

P=k3/V

Запропонуйте рівняння для прогнозування тиску, яке врахує сукупний ефект трьох змінних (N, T і V). Постійна в ньому повинна відобразити внесок інших констант (m₁, m₂, k₃).

Відношення, яке ви створюєте, в науці називають рівнянням стану ідеального газу. Воно показує, як всі фактори, що ви вивчили, взаємопов'язані, і дозволяє вченим робити прогнози щодо поведінки багатьох газів у різних ситуаціях.

Модель 7. Закон ідеального газу (Ideal Gas Law)

Робоче вікно моделі:

Ця модель дозволяє дослідити зв'язок між кількістю частинок, об’ємом контейнера, тиском і температурою газу. У цій моделі контейнер має регульовані: об’єм, кількість частинок і температуру. Частинки моделюються як кульки без внутрішньої енергії, за винятком енергії, пов'язаної з їх рухом. Зіткнення між частинками є пружними. Частинки можуть бути пофарбовані для кращої візуалізації їх швидкості.

Правила взаємодії частинок:

- Частинка рухається по прямій лінії без зміни швидкості, якщо вона не стикається з іншого частинкою.

- Дві частинки «стикаються», якщо вони знаходяться на одній ділянці поверхні.

- Кут зіткнення для частинок розраховується як для двох твердих куль при ударі.

- Частинки обмінюються імпульсом енергії, при цьому зберігається їх загальна кінетична енергія.

- Кожній частинці після зіткнення призначаються нові швидкість, напрямок і енергія.

При нагріванні стінок контейнера вони будуть змінювати колір, аналогічно попередній моделі.

Правила поведінки частинок при їх ударі об стінку контейнера:

- Частинки мають певну кінетичну енергію.

- Вони вдаряються і відскакують від стінки контейнера.

- Частинки отримують енергію від стінки контейнера, у них встановлюється нова енергія, яка є середньою між їх кінетичної енергією і енергією стінки.

- Частинки змінюють швидкість і напрямок після того, як вдаряються об стінку.

Дата добавления: 2015-05-06