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科学 / 物理 / 02

理想气体 实验室

同样的分子,更热的炉子——速率分布怎么变形?

ENGINE / GAS-ENGINE-1PV=NRT / 麦克斯韦-玻尔兹曼
N₂ 分子速率分布压强 2.46 atm
平均速率 476 m/s040080012001600
ENGINE GAS-ENGINE-1 / 速率 M/S · 分子占比 ‰

探索路线

先猜一猜,再动手。

知道气体由大量分子组成,温度衡量分子运动的剧烈程度。

01

记下 300 K、1 mol、10 L 时的压强 2.46 atm。

02

只把体积减半,读新压强。

03

再把温度加倍,比较两种"翻倍"的路径。

第一步 · 先猜一猜

1 mol、300 K、10 L 时压强 2.46 atm。只把体积压到 5 L,压强会?

选一个你现在的预测。

第二步 · 观察当前状态

当前读数

温度300 K
分子数1.00 mol
体积10.0 L
压强2.46 atm
分子均方根速度517 m/s

发生了什么?

当前压强 2.46 atm,分子方均根速度 517 m/s——比声速还快。温度旋钮同时改变压强和速度分布的形状;体积与分子数只改压强。

记录观察

第三步 · 接受一个挑战

1 / 3
01高压舱

把压强推过 8 atm,进入 Highly compressed。

提示

三个旋钮都往"挤"的方向:升温、加分子、缩体积。

已完成泄压回日常

从 600 K 的 4.92 atm 出发,把状态调回 Everyday pressure(1–3 atm)。

提示

降温、减少分子或扩大体积,任选组合。

03分子竞速

让方均根速度超过 900 m/s。

提示

v_rms ∝ √T:517 → 900 需要约 3 倍温度(约 910 K 以上)。

安全与范围模拟气体。真实的高压容器与高温气体有实际危险。

你看到的是

温度是分子无规则运动的平均动能:升温不只是一起变快,分布还会展宽变扁(麦克斯韦-玻尔兹曼分布)。压强则来自撞壁的频度与力度,PV=nRT 把它与温度、分子数、体积连在一起。分布只看温度;压强读数则对三个旋钮都响应。

动手试试固定 1 mol,从 100 K 拉到 1000 K,看峰往右跑。峰右移,压强同步上爬。

探索路径 · GUIDED PATHS

从这一站,接上一条小路

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