一个有趣的热力学问题:硬币何时“翩翩起舞”?

论文摘要

从热力学的角度,本文对2018年国际青年物理学家锦标赛(IYPT2018)的第三个课题"跳舞的硬币(Dancing Coin)"进行了理论分析.该现象与生活密切相关,描述了一个温度非常低的瓶子上一枚硬币所发生的运动,且这样一个热力学系统可作为一个很好的教学案例,让学生对气体的热化、绝热膨胀等相关热力学过程有直观深入的了解.本文的研究得到硬币弹起时间和系统的热力学量的关系,同时发现,硬币"跳舞"的时间间隔与系统与环境的温差呈负相关,即硬币跳舞的时间间隔随着系统被环境加热而越来越长,直至无法跳起.进一步研究表明,瓶内气体的初始温度与环境温差越大,最大弹起次数越大;临界压强与大气压越接近,最大弹起次数越大.本文最后通过实验验证了所给理论模型中的假设及其预言的正确性.

论文目录

• 1 理论模型与求解
• 2 实验验证
•   2.1 验证瓶内气体的热化过程
•   2.2 验证硬币弹起时间与系统热力学量的关系
• 3 总结与讨论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 陶封邑,庄洋,黄敏,赵芸赫,马宇翰

关键词: 跳舞的硬币,等容升温,绝热膨胀

来源: 大学物理 2019年11期

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 四川省成都市新都一中铭章学院,电子科技大学电子科学与工程学院,首都师范大学附属中学,北京师范大学物理学系,中国工程物理研究院研究生院

分类号: O414.1

DOI: 10.16854/j.cnki.1000-0712.190042

页码: 58-61+65

总页数: 5

文件大小: 585K

下载量: 120