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化學實驗

氣體擴散與葛拉姆定律

兩種氣體比賽穿過小孔:氫氣、氦氣、氧氣、二氧化碳任選對決,計數逸出粒子驗證擴散速率與分子量平方根成反比。
t = 0.00 s

累計穿孔數對時間

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

左室氣體 A(藍)
右室氣體 B(橘)
溫度 T

逸散計數

已穿孔 A → 右・B → 左
0・0
速率比(A/B,量測)
理論 √(M_B/M_A)
平均分子速率 A・B

畫面符號圖例

  • 小孔:兩室之間的通道;分子由高濃度往低濃度淨移動(擴散)

實驗任務

  1. 氦 vs 氧:用預設組合(He 對 O₂)跑 30 秒,記錄兩邊穿孔數。 量測速率比接近理論值 √(32/4)=2.83 嗎?為什麼輕的跑得快?
  2. 極端對決:換成 H₂ 對 CO₂(理論比 √22≈4.69)再記錄一次。 分子量差越大,比值越大——驗證葛拉姆定律 rate∝1/√M。
  3. 經典白煙實驗:玻璃管兩端同時放氨氣(NH₃,M=17)與鹽酸(HCl,M=36.5), 白煙(NH₄Cl)會在管子的哪一段生成?先用 √(36.5/17) 算出距離比,再想像本模擬的對應。
  4. 派對氣球之謎:為什麼灌氦氣的氣球一兩天就消了,灌空氣的卻能撐一週? 用本實驗的數據說明。溫度升高時逸散變快還是變慢?驗證看看。

模型與假設

模型:兩室以隔板分開、中央有小孔;分子速率依 v∝√(T/M) 設定 (同溫下平均動能相同——這是葛拉姆定律的根源),分子與壁彈性碰撞、彼此不互撞(逸散極限)。
葛拉姆定律:rate_A/rate_B=√(M_B/M_A)。 量測比值在計數還少時會有明顯統計起伏,跑久一點才會收斂。