SimuLab
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Objetivo
:
Investigar la correlación entre la energía cinética, la energía potencial y la temperatura cuando un gas de partículas se mueve y colisiona. Al realizar este simulab, usted será capaz de: Definir energía cinética y potencial y dar un ejemplo de cada una. Discutir la relación entre energías potencial, cinética y total antes, durante y después de una colisión entre 2 partículas a una dada temperatura. Enunciar la relación entre la energía cinética media de partículas moviéndose aleatoriamente y la temperatura del sistema. Describir que le sucede a la velocidad de las partículas de un sistema al elevar la temperatura. |
1.
Abra SMD, seleccione el Experiment25 de la carpeta Energy.
Presione Start. Para acelerar las simulaciones ponga Iterations
between Displays en 5 |
Usted
está visualizando un gas a baja densidad, vea la Fig. 3.3.
No hay intercambio de energía con el entorno (o sea el sistema
está térmicamente aislado).Entonces la energía total
del sistema se conserva. Cada partícula de gas se mueve a lo largo
de una línea recta hasta que colisiona con otra partícula
o con las paredes del contenedor. |
Observe
el gráfico Temperature vs. Time (vea la Fig.
3.3). |
La
temperatura T que usted lee en la pantalla es el cómputo exacto
de la energía cinética media por partícula, Ek
=T = ((mv2)/2 )avg. La
temperatura se calcula a cada paso de la simulación,
computando la energía cinética mv2/2 de cada
partícula, sumándolas y dividiendo por el número
total de partículas. |
P3.8:
Describa el gráfico y explique porqué la temperatura fluctúa. |
2.
Pause la simulación. Usando la barra de desplazamiento,
aumente la temperatura desde el valor actual T=1.0 a un nuevo valor T=4.0
y presione Start. |
P3.9:
Las partículas se mueven más rápido o más
lento. Explique. |
3.
Para poder visualizar los cambios en la energía cinética
individual, cambie en el menú Display Particles by a Absolute
Kinetic Energies. Se observará cómo muestra la
Fig. 3.4.
|
Hay partículas violetas, azules, verdes, amarillas y rojas. El color de cada partícula indica la cantidad de energía cinética. Esto se aprecia en el espectro de energías cinéticas (Spectrum of Kinetic Energies). Las partículas violetas tiene la mayor energía cinética (se mueven a la mayor velocidad), luego vienen las azules, las verdes, las amarillas y después las rojas (se mueven a la menor velocidad). Cuando colisionan sus colores cambian. |
P3.10:¿Que
indican los cambios de color acerca de la energía cinética
de las partículas al colisionar? |
4.
Cambie el menú Display Particles by a Potential
energy. |
El
código de colores indica ahora el valor de la energía potencial
de cada partícula, como se puede ver en el Spectrum of Potential
Energies. La mayoría están tan alejadas entre sí
que casi no interactúan. Se les asigna energía potencial
cero y se las colorea de azul. Las partículas que están
cerca entre sí tiene una energía potencial negativa y están
coloreadas de verde. |
| 5. Vaya a Options - Select Delay y seleccione Short Delay ( pequeño atraso) |
Usted
está seleccionando un pequeño retraso para ver mejor los
cambios de energía potencial de las partículas que colisionan.
Cuando dos partículas colisionan, la energía potencial aumenta
y la energía cinética disminuye. La energía total
de la interacción permanece constante. El aumento en la energía
potencial de las dos partículas se percibe por un cambio de colores
hacia el azul obscuro y violeta. La disminución en la energía
cinética de las dos partículas se traduce por un hundimiento
de la temperatura en el gráfico de la temperatura. |
| 6. Cambie el gráfico a Energies. Apague el atraso, activado antes. |
En
el gráfico de energías, la energía cinética
promedio se muestra con una línea roja, la energiá media
total en negro y la energía potencial media en azul. La energía
total es constante cómo se refleja en la suavidad que muestra la
línea negra (Vea
la Fig. 3.5). |
P3.11:
¿Puede explicar los picos en el gráfico de energía
cinética y potencial?. ¿Por qué ellos son complementarios?
Pista: Observe si corresponden al momento de una colisión. |
P3.12:
¿Por qué la energía total del sistema (que es la
suma de la energía cinética y potencial) permanece constante? |
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