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(2) In future presentations of the research findings, in addition to the course project website and public presentations, your real name and personal information will not appear in this research report. If you are interested in the research results, we can provide you with an executive summary after the study is completed.
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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。