Виртуальная лаборатория термодинамики и молекулярной физики

Общее описание программного продукта

Программный продукт предназначен для имитационного выполнения лабораторных работ по разделу «Термодинамика» общего курса физики для студентов высших и средне-специальных учебных заведений.

Перечень виртуальных лабораторных работ:

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

Тип целевого вычислительного устройства и поддерживаемая платформа: IBM–совместимый персональный компьютер под управлением Microsoft Windows.

Дополнительно в комплект поставки включена веб-версия виртуальной лаборатории (платформа HTML-5), предназначенная для загрузки на сервер образовательной организации с целью проведения дистанционных занятий со студентами.

Графическая составляющая программного обеспечения использует компонентную базу OpenGL 2.0. Графический интерфейс пользователя программы реализован на русском и английском языках.

Минимальные системные требования

Тактовая частота процессора: не менее 2 ГГц
Оперативная память: не менее 4 Гб
Видеопамять: не менее 512 Мб
Разрешение экрана: не менее 1024x768x32
Поддержка OpenGL версии 2.0
Поддержка DirectX версии 9.0.c (для ОС Windows)
Стандартная клавиатура и компьютерная мышь с колесом прокрутки (для ПК)
Средства воспроизведения звука (аудиоколонки или наушники)

Для работы с веб-версией виртуальной лаборатории необходимо использовать веб-браузер с поддержкой 3D графики WebGL, например, Google Chrome, Microsoft Edge, Opera, Mozilla Firefox. HTML-компоненты веб-версии продукта следует загружать на физический сервер. В случае необходимости использования локального сервера, рекомендуется использовать сборку XAMPP (Apache).

Варианты лицензирования

Виртуальная лаборатория поставляется только для учебных организаций с установкой на неограниченное количество рабочих мест (корпоративная лицензия).

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.