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化學實驗

理想氣體定律

從微觀看 PV=nRT:推動活塞改變體積、加熱氣體、增減粒子數,壓力計讀的是粒子撞牆的真實統計。親手量出波以耳與給呂薩克定律。
t = 0.00 s

量測壓力對時間

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

粒子數 N
溫度 T
體積 V(活塞位置)

即時量測

壓力 P(牆面撞擊統計)
單位
壓力 P(理論 NkT/V)
單位
PV/NT(理想氣體應為定值)
平均分子動能(∝T)

畫面符號圖例

  • 活塞:改變體積、壓力計:讀壓力;PV=nRT 連結壓力、體積、溫度與粒子數

實驗任務

  1. 波以耳定律:固定 T=300、N=120,把體積從 100% 逐步壓到 40%, 每步等壓力穩定後記錄。下載 CSV 畫 P–1/V 圖——是直線嗎?P×V 是定值嗎?
  2. 給呂薩克定律:固定 V 與 N,溫度從 100 升到 600 每 100 記錄一次。 P–T 是什麼關係?外推到 P=0 時 T 是多少?(這就是絕對零度的由來)
  3. 壓力的本質:把 N 減到 20、再加到 300,看壓力計與粒子撞牆的關係。 用「單位時間撞牆的動量」解釋為什麼壓力與 N 成正比。
  4. 急速壓縮:快速把活塞推到底,壓力計瞬間衝高後才穩定—— 想想打氣筒打久了為什麼會發熱(本模擬以恆溫處理,真實絕熱壓縮會升溫)。

模型與假設

模型:二維理想氣體——點粒子與容器壁彈性碰撞、粒子間不互撞、速率依溫度調整 (恆溫熱浴)。壓力由「單位時間內粒子撞牆的總衝量÷牆長」即時統計, 理論值為二維理想氣體定律 P·A=N·k·T(k=1 的模擬單位)。
注意:N 很小時壓力讀數會明顯起伏——這不是誤差,是真實的統計漲落。