Виртуальная лаборатория общей физики: «Термодинамика и молекулярная физика»

Программный комплекс включает 13 виртуальных лабораторных работ из курса общей физики для студентов высших и средних учебных заведений:

  1. Внутренняя энергия и механическая работа;
  2. Внутренняя энергия и работа электрического тока;
  3. Закон Бойля-Мариотта;
  4. Закон Гей-Люссака;
  5. Показатель адиабаты воздуха;
  6. Реальные газы и точка фазового перехода;
  7. Куб Лесли;
  8. Теплопроводность;
  9. Тепловое расширение твердых тел;
  10. Аномалия воды;
  11. Двигатель Стирлинга модели D;
  12. Двигатель Стирлинга модели G;
  13. Тепловые насосы.

Виртуальный лабораторный практикум реализован в виде комплекса кроссплатформенных графических приложений, поставляемых под различные операционные системы: Microsoft Windows, Linux, MacOS, iOS, Android, а также в виде веб-приложений на основе технологии HTML5, обеспечивающих возможность дистанционного выполнения лабораторных работ в веб-браузере. Графическая составляющая программного обеспечения использует программный интерфейс и компонентную базу OpenGL 2.0.


МИНИМАЛЬНЫЕ СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ:

  • Версия ОС (только для Windows-версии): Windows 7 или выше;
  • Процессор: Intel Celeron / Athlon Sempron или выше (CPU частота: 1.8 ГГц);
  • Память: 2 ГБ RAM;
  • Графика: OpenGL 2.0 совместимая видеокарта (512 МБ VRAM);
  • DirectX (только для Windows-версии): версия 9.0.c;
  • Дисковое пространство: 300 МБ.

1. Внутренняя энергия и механическая работа

Цели лабораторной работы: исследование изменения температуры тела в зависимости от количества оборотов с помощью фрикционного шнура; исследование пропорциональности между изменением температуры и работой силы трения; проверка первого закона термодинамики; определение удельной теплоемкости материала.


2. Внутренняя энергия и работа электрического тока

Цели лабораторной работы: измерение температуры алюминиевого и медного тел в зависимости от совершённой работы электрического тока; демонстрация пропорциональности изменения температуры работе электрического тока; проверка первого закона термодинамики; определение удельных теплоемкостей меди и алюминия.


3. Закон Бойля-Мариотта

Цели лабораторной работы: измерение давления воздуха в замкнутой камере при постоянной температуре для различных положений поршня и различного количества воздуха; отображение измеренных значений в виде p-V диаграммы; проверка закона Бойля-Мариотта.


4. Закон Гей-Люссака

Цели лабораторной работы: измерение давления воздуха в замкнутом сосуде в зависимости от температуры; нанесение измеренных значений на p-T диаграмму; проверка закона Гей-Люссака.


5. Показатель адиабаты воздуха

Цели лабораторной работы: измерение периода колебаний алюминиевого поршня в стеклянной трубке; определение равновесного давления в замкнутом объеме воздуха; определение показателя адиабаты воздуха и сравнение результата со значением, указанным в литературе.


6. Реальные газы и точка фазового перехода

Цели лабораторной работы: наблюдение гексафторида серы как в жидком, так и в газообразном состояниях; построение изотерм в виде p-V диаграммы; определение критической точки.


7. Куб Лесли

Цели лабораторной работы: определение излучения куба Лесли с помощью термоэлектрического элемента Молля; измерение интенсивности тепла, излучаемого четырьмя различными поверхностями куба по отношению друг к другу, в зависимости от температуры нагрева; подтверждение того, что интенсивность излучения пропорциональна температуре в четвертой степени.


8. Теплопроводность

Цели лабораторной работы: определение изменения температуры во времени по длине металлического стержня, который нагревается с одной стороны, но остается холодным с другой, как в динамическом, так и в стационарном состояниях; определение величины теплового потока; определение теплопроводности материала, из которого изготовлен стержень.


9. Тепловое расширение твердых тел

Цели лабораторной работы: измерение теплового расширения по длине трубок из различных материалов; определение коэффициентов линейного расширения для исследуемых материалов и их сравнение со значениями, указанными в литературе.


10. Аномалия воды

Цели лабораторной работы: измерение теплового расширения воды в диапазоне температур от 0 до 15 °C; демонстрация тепловой аномалии; определение температуры при максимальной плотности воды.


11. Двигатель Стирлинга модели D

Цели лабораторной работы: исследование принципа работы двигателя Стирлинга как теплового двигателя; измерение скорости холостого хода в зависимости от тепловой мощности.


12. Двигатель Стирлинга модели G

Цели лабораторной работы: изучение принципа работы двигателя Стирлинга гамма-типа; демонстрация работы теплового двигателя в различных режимах; построение p-V диаграммы цикла двигателя; определение механической мощности, связанной с полным циклом.


13. Тепловые насосы

Цели лабораторной работы: демонстрация работы компрессионного теплового насоса; количественная оценка происходящего циклического процесса; построение эмпирических зависимостей температуры, давления и электрической мощности.