先押一个答案,再动手
升温、压缩、增加分子数,哪种会让平均压强增大?瞬时读数为何抖动?
保持另外两项不变,分别改变一个条件。盯住活塞受到的碰撞冲量,再比较曲线中心与曲线锯齿。
气缸控制台
三个量均为教学模拟参数;星号表示相对基准的归一化量。
24160
180 K780 K
压缩膨胀
活塞气缸|器壁碰撞
正在取样
亮色短线标记最近撞击器壁的位置。单次碰撞给出离散冲量;许多碰撞在一段时间内的统计结果才形成压强。
单位体积数密度
n* = 1.000
n* = (N/N₀)/(V/V₀)
理论平均压强
p* = 1.000
p = nkT,因此 p* = n*T*
碰撞动量通量
取样中…
短时间窗模拟值,允许涨落
压强读数随时间变化
瞬时碰撞通量
理论平均值 p = nkT
从读数里拿证据
当前 n* = 1.000、T* = 1.000,所以理论平均 p* = 1.000;等待碰撞样本形成时间平均。
易错提醒:不要说“每个分子都有压强”。单个分子只在碰壁时传递冲量;压强是大量分子持续碰壁后,单位面积、单位时间所受动量传递的宏观统计量。有限粒子、有限取样时间下,瞬时值会抖动,但长期平均会靠近 p = nkT。
本实验台采用二维弹性碰撞的归一化模型,用于呈现“数密度 × 温度决定平均压强”和“微观随机性造成瞬时涨落”。它不把屏幕中的演示粒子数当作真实气体分子数。
有限粒子样本的两个速度分量均方值分别归一至设定温度;温度表示该样本动能尺度。碰撞读数仍随有限采样时间波动。