Thermodynamique et énergie · AP Physique 2 Unité 2 (Thermodynamique)
Simulateur de gaz parfait et de cycle thermodynamique p-V
Simuler la thermodynamique idéale du gaz : pV = transitions de l'état nRT, processus isothermes, isochoriques, isobares, et zone de boucle p-V représentant la sortie de travail cyclique net.
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Étape de simulation 3D● 60 FPS
Contrôles des paramètres
kPa
L
K
Dérivations et métriques en direct
Produit constant de gaz nR
--
Travaux de délimitation effectués W
--
Changement énergétique interne ΔU
--
Échange de chaleur Q
--
Calcul de la formule en temps réel
Formule de calcul:
--Substitution:
--Régime : --
Exemples travaillés et question d'examen Plongée profonde
Problème travaillé
Problème : Le gaz à p1=100kPa, V1=2.0L, T1=300K est comprimé isothermalement à 1.0L. Trouvez la pression finale.
Dérivation étape par étape :
- Loi isotherme de Boyle: p1*V1 = p2*V2 => p2 = (100kPa * 2,0L) / 1,0L = 200 kPa.
Problème travaillé
Problème : Le pneu de voiture est de 200kPa à -3°C (270K). La chaleur estivale élève l'air à l'intérieur à 54°C (327K) à volume constant. Trouvez une nouvelle pression.
Dérivation étape par étape :
- Loi de Charles: p2 = p1 * (T2/T1) = 200kPa * (327/270) 242 kPa.
Feuille de travail et problèmes de pratique
Q1. Variante 1: Pourquoi les calculs thermodynamiques doivent-ils utiliser Kelvin plutôt que Celsius?
Clé de réponse : Doit utiliser Kelvin absolu (K = °C + 273,15)! Les lois de l'État établissent des proportionnalités ancrées à zéro absolu (0K); Celsius désactive la linéarité.
Q2. Variante 2: Indiquer la première loi de la thermodynamique ΔU = W + Q et clarifier les conventions de signe.
Clé de réponse : W > 0: travail effectué système ON; W < 0: travail effectué système BY. Q > 0: chaleur absorbée; Q < 0: heat rejected. ΔU > 0: augmentation de l'énergie interne.
Q3. Variante 3: Dans l'expansion adiabatique (Q = 0), la température des gaz augmente-t-elle ou diminue-t-elle? Expliquez.
Clé de réponse : La température baisse ! Par ΔU = W + Q avec Q=0, le travail d'expansion par gaz (W < 0) réduit l'énergie interne ΔU < 0, refroidissant le gaz.
Foire aux questions et idées fausses
Dans quelles conditions les gaz réels se comportent-ils comme des gaz idéaux?
Aux températures élevées et aux basses pressions! Les volumes moléculaires deviennent négligeables par rapport au volume total des contenants, et les forces intermoléculaires disparaissent.
En pompant un pneu de vélo, pourquoi le cylindre de la pompe inférieure devient-il chaud?
Travail de compression principalement adiabatique ! La compression forcée de l'air fait le travail mécanique sur elle, spirant la température du gaz. La friction est négligeable en comparaison.
Pourquoi un nuage de brume se forme-t-il au goulot de la bouteille quand un bouchon de champagne éclate ?
Le travail d'expansion adiabatique rapide fait chuter la température du gaz de dizaines de degrés en millisecondes, condensant instantanément la vapeur d'eau environnante en brouillard.
Qu'est-ce que Zéro absolu (0K = -273,15°C)? Les expérimentationnistes peuvent-ils l'atteindre ?
État théorique du sol où le mouvement cinétique thermique tombe à l'énergie quantique zéro point. La troisième loi de la thermodynamique prouve qu'elle ne peut jamais être atteinte.