ガスのモデル
From Algodoo
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この単純なシステムは、温度、熱伝導、断熱材の圧力のような抽象的にも関わらず一般的な概念を理解するために使用することができます。 | この単純なシステムは、温度、熱伝導、断熱材の圧力のような抽象的にも関わらず一般的な概念を理解するために使用することができます。 | ||
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*粒子モデルを使って、断熱や熱伝導について理解する。 | *粒子モデルを使って、断熱や熱伝導について理解する。 | ||
*予想をして、簡単な実験を行い、その結果を解析する。 | *予想をして、簡単な実験を行い、その結果を解析する。 | ||
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*風船をふくらませるときに、何がバルーンを大きくしているのか。 | *風船をふくらませるときに、何がバルーンを大きくしているのか。 | ||
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これにより、質量や反発の度合いを変更することができるようになります。 | これにより、質量や反発の度合いを変更することができるようになります。 | ||
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円形の粒子を作成し、その質量を軽く設定します。また、壁と粒子の反発の度合(アルゴドゥの世界における反発係数は衝突する2つの図形の反発の度合の相乗平均です)を1に設定します。 | 円形の粒子を作成し、その質量を軽く設定します。また、壁と粒子の反発の度合(アルゴドゥの世界における反発係数は衝突する2つの図形の反発の度合の相乗平均です)を1に設定します。 | ||
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温められたガスが、中央の壁を押す様子を観察します。これはちょうど風船の中の粒子が風船の膜を押す様子と同じです。 | 温められたガスが、中央の壁を押す様子を観察します。これはちょうど風船の中の粒子が風船の膜を押す様子と同じです。 | ||
中壁を取り除いた後に、コンテナの片側に分布していた速いスピードが均等に再分配されるまでの様子を観察します。これが熱伝導です。最終的には等温になります。 | 中壁を取り除いた後に、コンテナの片側に分布していた速いスピードが均等に再分配されるまでの様子を観察します。これが熱伝導です。最終的には等温になります。 | ||
Latest revision as of 03:48, 20 October 2011
ガスのモデル
| Language: | 日本語 |
|---|---|
| Description: | 円形の、軽い物体をコンテナの中に閉じ込めたシステム(系)でガスのモデルを作ります。
この単純なシステムは、温度、熱伝導、断熱材の圧力のような抽象的にも関わらず一般的な概念を理解するために使用することができます。 |
| Target: | Key Stage 3 |
| Category: | Exercise, Laboratory |
| Discipline: | Fluids and gases, Thermodynamics |
| Learning objectives: |
|
| In class: | 次のことについて議論します。
このことは固体についても適用されます(ただし、固体では、粒子がより強く結びついています)。 熱伝導についても議論します。例えば、
児童にシーンを作成させます。このとき、みんなで出したアイデアや独自のアイデアを試させるようにします。
児童に方針を立てるのを助け、ガイドとなる問いかけをしてください。
|
Steps in Algodoo
シーンの作成
このシーンを作成するには、シンプルモードでは不都合があります。シーンの作成に取り掛かる前に、オプションメニューからノーマルモードあるいはアドバンストモードに変更しておきます。
これにより、質量や反発の度合いを変更することができるようになります。
さらに、このレッスンでは重力が働かないようにしておきます。オプションメニューのシミュレーションの項目から変更できます。
四方の壁を固定し、中央にある壁を左右に動かせるようにしたコンテナを作ります。 円形の粒子を作成し、その質量を軽く設定します。また、壁と粒子の反発の度合(アルゴドゥの世界における反発係数は衝突する2つの図形の反発の度合の相乗平均です)を1に設定します。
この円形粒子をコピーして、コンテナの中にたくさん配置します。この粒子がガスのモデルです。
予測
次のことを予想します。
- 中央の壁を一方の壁に向けて動かすと、ガスはどうなるか。
片方のガスは温められた状態です。
- 中央の壁を削除するとどうなるか。
シミュレーションの実行
シミュレーションをスタートさせて調査します。
温められたガスが、中央の壁を押す様子を観察します。これはちょうど風船の中の粒子が風船の膜を押す様子と同じです。
中壁を取り除いた後に、コンテナの片側に分布していた速いスピードが均等に再分配されるまでの様子を観察します。これが熱伝導です。最終的には等温になります。
検証
次のことを検証します。
- この観察に基づくと、実世界での断熱壁はどのように実現できるか。
- 断熱壁をシミュレーションで再現するにはどうしたらよいか。
固体をモデル化するには、周期的なパターンでバネを粒子に結びつけた系を作ります。 時間があれば、このモデルを上手く作って、その振る舞いを調べてください。
熱振動や集団波(音波)を観察することができる可能性があります。
