מפתח תשובות · יחידה 5

מצבי צבירה וגזים.

שאלות התרגול של כל שיעור, התשובות הנכונות שלהן והטעויות שהן מזהות. תשובות שנקראות מהסצנה משתמשות באותה הגדרה שהלומדים רואים.

קטלוג הטעויות הנפוצות

מפתח תשובות 5

שיעור 1 מתוך 5 · כ־20 דקות

מודל החלקיקים

כל חומר עשוי מחלקיקים שנעים כל הזמן: איך הסידור והתנועה שלהם עושים מוצק, נוזל וגז, ולמה גז תופס פי אלף יותר מקום.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
שלושה מצבים
תרגול · בחרו
השאלה
לאיזה מצב צבירה יש נפח קבוע, אבל לא צורה קבועה: הוא מקבל את צורת הכלי שבו הוא נמצא?

התשובה הנכונה
- נכונה נוזל
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
253.2 K
התקרבות למולקולות
פני השטח
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה נוזל
- שגויה מוצק
  משוב
  למוצק יש גם צורה קבועה: קובייה של קרח נשארת קובייה בכל כוס.
- שגויה גז
  משוב
  לגז אין גם נפח קבוע: הוא מתפשט וממלא כל כלי, ואפשר לדחוס אותו.
משוב לתשובה נכונה
בנוזל החלקיקים צמודים זה לזה, כמו במוצק, ולכן אי אפשר כמעט לדחוס אותו. אבל הם לא קשורים למקום קבוע: הם מחליקים זה על פני זה, ולכן הנוזל זורם ומקבל את צורת הכלי.

רמז
חשבו על מים שמוזגים מכוס צרה לקערה רחבה.

פתרון מלא
1. מוצק: החלקיקים צמודים וקבועים במקומם, ולכן יש לו צורה קבועה ונפח קבוע.
2. נוזל: החלקיקים צמודים אבל מחליקים זה על פני זה, ולכן הנפח קבוע והצורה לא.
3. גז: החלקיקים רחוקים זה מזה ונעים בחופשיות, ולכן אין לו לא צורה ולא נפח קבועים.
התשובה: נוזל.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
בתוך הקרח
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
הקרח בסצנה נמצא ב־−20 °C. מה עושות מולקולות המים בתוכו? בחרו, ואז הסצנה תתקרב אליהן.

התשובה הנכונה
- נכונה רוטטות במקום, כל אחת סביב מקום קבוע
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
253.2 Kקבוע
התקרבות למולקולות
פני השטחקבוע
האפשרויות
- נכונה רוטטות במקום, כל אחת סביב מקום קבוע
- שגויה עומדות במקום בלי לזוז בכלל
  טעות נפוצה: Thinks the particles of a solid stand completely still.
  משוב מהקטלוג
  החלקיקים של מוצק לא עומדים במקום: כל אחד רוטט סביב המקום הקבוע שלו בסריג. מה שמבדיל מוצק מנוזל הוא שהחלקיקים לא עוזבים את מקומם, לא שהם לא זזים. רק באפס המוחלט, 0 K, התנועה הייתה נעצרת כמעט לגמרי, ושם שום דבר לא נמצא.
- שגויה נעות בחופשיות בכל הקובייה
  משוב
  אם המולקולות היו נעות בחופשיות, הקרח היה זורם כמו נוזל. בקרח כל מולקולה קשורה למקום שלה בסריג.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
התקרבות למולקולות
מולקולותקבוע
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
כל מולקולה רוטטת סביב המקום שלה בסריג, ואף אחת לא עוזבת אותו. ככל שהקרח חם יותר הרעידות חזקות יותר, עד שבנקודת ההיתוך הן משחררות את המולקולות מהסריג.

פתרון מלא
1. לכל חומר בטמפרטורה מעל האפס המוחלט יש אנרגיה קינטית, ולכן החלקיקים שלו זזים.
2. במוצק המשיכה בין החלקיקים מחזיקה כל אחד במקום קבוע.
3. לכן התנועה היחידה האפשרית היא רעידה סביב המקום הזה.
אם בחרתם „עומדות במקום”, חשבתם שמוצק הוא חומר בלי תנועה. ב־−20 °C, שהם 253 K, יש עוד הרבה אנרגיה.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
קלווין וצלזיוס
תרגול · חשבו
השאלה
הסצנה מראה את הטמפרטורה בקלווין: עכשיו היא 293 K. כמה זה במעלות צלזיוס?

התשובה הנכונה
20 °C ± 0.5 °C
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
293.1 Kקבוע
התקרבות למולקולות
פני השטח
מתקבלת בטווח
± 0.5 °C
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Temperature/nodes/sample/props/temperature
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
משוב לתשובה נכונה
$293 - 273 = 20$ ⁠, כלומר 20 °C: טמפרטורת החדר. מעלה אחת בקלווין שווה למעלה אחת בצלזיוס; רק נקודת האפס שונה. האפס של קלווין הוא האפס המוחלט, −273 °C.

רמז
בין שני הסולמות יש הפרש קבוע: $T = t + 273$ ⁠.

פתרון מלא
1. הקשר: $T\,[\mathrm{K}] = t\,[^\circ\mathrm{C}] + 273$ ⁠.
2. לכן $t = T - 273$ ⁠.
3. הצבה: $t = 293 - 273 = 20$ ⁠.
4. התשובה: 20 °C.
אם יצא לכם 566 °C, הוספתם 273 במקום להחסיר: מקלווין לצלזיוס יורדים.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
להמיס
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
הקרח קפוא ב־253 K. שנו את טמפרטורה עד שכל הדגימה נוזל: בלי קרח ובלי אדים. ואז לחצו על בדיקה.

המטרה
- 1 ± 0.001
  בתחילת השלב: 0
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
253.2 K
התקרבות למולקולות
מולקולות
נקרא מהסצנה בנקודה
Share of the sample liquid, 0..1/nodes/sample/outputs/liquid
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
טמפרטורה
293.1 K
משוב לתשובה נכונה
כל טמפרטורה מ־293 K ועד נקודת הרתיחה, 373 K, נותנת מים נוזליים בלבד. בסצנה ההיתוך נמשך על פני כ־20 מעלות כדי שתוכלו לראות אותו; קרח אמיתי נמס כולו ב־0 °C בדיוק, כל עוד מוסיפים לו חום.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. אם נשאר קרח, חממו; אם כבר יש אדים, קררו.

רמז
מים נוזליים בין נקודת ההיתוך, 273 K, לנקודת הרתיחה, 373 K. התרחקו קצת משתיהן.

פתרון מלא
1. מים נמסים ב־273 K (0 °C) ורותחים ב־373 K (100 °C).
2. ביניהן הם נוזל.
3. קבעו את טמפרטורה על 320 K למשל, באמצע הטווח.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
רחוקים זה מזה
תרגול · בחרו
השאלה
אדים תופסים בערך פי 1700 מהנפח של המים שמהם נוצרו. למה?

התשובה הנכונה
- נכונה המולקולות רחוקות הרבה יותר זו מזו, ובין המולקולות אין כלום
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
393.1 K
התקרבות למולקולות
מולקולות
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה המולקולות רחוקות הרבה יותר זו מזו, ובין המולקולות אין כלום
- שגויה כל מולקולה התנפחה מהחום
  טעות נפוצה: Thinks a substance expands, melts or boils because its particles themselves grow or melt.
  משוב מהקטלוג
  החלקיקים עצמם לא גדלים, לא מתרככים ולא נמסים. מולקולת מים בקרח, במים ובאדים היא אותה מולקולה, $\mathrm{H_2O}$ ⁠, באותו גודל. מה שמשתנה הוא כמה מהר החלקיקים נעים וכמה רחוק הם זה מזה: באדים המרחק ביניהם גדול פי עשרה בערך.
- שגויה בין המולקולות נכנס אוויר
  טעות נפוצה: Thinks the space between the particles of a gas is filled with air or some other substance.
  משוב מהקטלוג
  בין החלקיקים של גז אין כלום: ריק. אוויר הוא בעצמו תערובת של חלקיקים, בעיקר $\mathrm{N_2}$ ⁠ ו־ $\mathrm{O_2}$ ⁠, ובין הם אין דבר. לכן אפשר לדחוס גז: דוחסים את הריק שבין החלקיקים, לא את החלקיקים.
- שגויה יש יותר מולקולות
  משוב
  המסה לא משתנה ברתיחה, ולכן גם מספר המולקולות לא משתנה: אותן מולקולות, במרחק גדול יותר.
משוב לתשובה נכונה
בגז המולקולות רחוקות זו מזו בערך פי עשרה מבנוזל, ולכן הנפח גדול פי אלף בערך ( $10^3$ ⁠). המולקולות עצמן לא השתנו, ובין המולקולות יש ריק.

רמז
במעבר מצב המולקולה נשארת אותה מולקולה. מה עוד יכול להשתנות?

פתרון מלא
1. ברתיחה מולקולות $\mathrm{H_2O}$ ⁠ עוברות מנוזל לגז ונשארות $\mathrm{H_2O}$ ⁠.
2. המסה ומספר המולקולות לא משתנים.
3. מה שמשתנה הוא המרחק ביניהן: פי 12 בערך, ו־ $12^3 \approx 1700$ ⁠.
בין המולקולות אין אוויר: אוויר הוא בעצמו גז של מולקולות אחרות.

שיעור 2 מתוך 5 · כ־25 דקות

מעברי מצב

היתוך, רתיחה, אידוי, עיבוי והמראה: מה קורה לחלקיקים בכל מעבר, לאן הולכת האנרגיה, ולמה הטמפרטורה עומדת במקום כל עוד המים רותחים.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
שישה מעברים
תרגול · בחרו
השאלה
קרח יבש, פחמן דו־חמצני מוצק, הופך בטמפרטורת החדר ישר לגז, בלי לעבור דרך נוזל. איך נקרא המעבר הזה?

התשובה הנכונה
- נכונה המראה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
283.1 K
התקרבות למולקולות
פני השטח
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה המראה
- שגויה אידוי
  משוב
  אידוי הוא מעבר מנוזל לגז. לקרח יבש אין שלב נוזלי בלחץ של אטמוספרה.
- שגויה היתוך
  משוב
  היתוך הוא מעבר ממוצק לנוזל.
- שגויה עיבוי
  משוב
  עיבוי הוא הכיוון ההפוך: מגז לנוזל, כמו טיפות על מראה באמבטיה.
משוב לתשובה נכונה
המראה: ממוצק ישר לגז. הכיוון ההפוך, מגז ישר למוצק, נקרא ריבוץ, וכך נוצר כפור על חלון בלילה קר.

פתרון מלא
1. מוצק → נוזל: היתוך. נוזל → מוצק: קיפאון.
2. נוזל → גז: אידוי (ורתיחה). גז → נוזל: עיבוי.
3. מוצק → גז ישירות: המראה. גז → מוצק: ריבוץ.
קרח יבש עובר ממוצק לגז, ולכן זו המראה.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
היתוך דורש אנרגיה
תרגול · חשבו
השאלה
כדי להמיס 1 kg של קרח ב־0 °C צריך 334 kJ, ואחרי ההיתוך המים עדיין ב־0 °C. כדי לחמם 1 kg מים במעלה אחת צריך 4.18 kJ. בכמה מעלות הייתה אותה אנרגיה מחממת 1 kg של מים נוזליים? ענו במספר מעלות.

התשובה הנכונה
79.9 ± 1
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
273.1 K
התקרבות למולקולות
מולקולות
מתקבלת בטווח
± 1
ערך קבוע בשאלה
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 0 ± 0.5
  טעות נפוצה: Thinks the temperature keeps rising while a substance melts or boils as long as it is heated.
  משוב
  אפס הוא מה שקורה בזמן ההיתוך. כאן השאלה היא בכמה מעלות אותה אנרגיה הייתה מחממת מים שכבר נמסו.
משוב לתשובה נכונה
$\dfrac{334}{4.18} \approx 80$ ⁠ מעלות. ההיתוך לוקח כמעט את כל האנרגיה שנדרשת לחימום המים מ־0 °C ל־80 °C, ובכל זאת המדחום לא זז. לכן קרח מקרר משקה כל כך טוב.

רמז
חלקו את אנרגיית ההיתוך באנרגיה למעלה אחת.

פתרון מלא
1. אנרגיה להיתוך 1 kg קרח: 334 kJ.
2. אנרגיה למעלה אחת של 1 kg מים: 4.18 kJ.
3. מספר המעלות: $\dfrac{334}{4.18} \approx 79.9$ ⁠.
4. התשובה: כ־80 מעלות.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
רתיחה
תרגול · בחרו
השאלה
ממה עשויות הבועות הגדולות שעולות מסיר של מים רותחים?

התשובה הנכונה
- נכונה אדי מים
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
373.1 K
התקרבות למולקולות
פני השטח
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה אדי מים
- שגויה אוויר שהיה מומס במים
  טעות נפוצה: Thinks the bubbles in boiling water are air, or hydrogen and oxygen split from the water.
  משוב מהקטלוג
  הבועות הגדולות שעולות ממים רותחים הן אדי מים: מים שהפכו לגז בתוך הנוזל. רתיחה היא מעבר מצב, לא תגובה כימית, ולכן המולקולות נשארות $\mathrm{H_2O}$ ⁠ ולא מתפרקות למימן ולחמצן. האוויר המומס במים יוצא כבר בחימום, בבועות קטנות על הדפנות, הרבה לפני הרתיחה.
- שגויה מימן וחמצן שהשתחררו מהמים
  טעות נפוצה: Thinks the bubbles in boiling water are air, or hydrogen and oxygen split from the water.
  משוב מהקטלוג
  הבועות הגדולות שעולות ממים רותחים הן אדי מים: מים שהפכו לגז בתוך הנוזל. רתיחה היא מעבר מצב, לא תגובה כימית, ולכן המולקולות נשארות $\mathrm{H_2O}$ ⁠ ולא מתפרקות למימן ולחמצן. האוויר המומס במים יוצא כבר בחימום, בבועות קטנות על הדפנות, הרבה לפני הרתיחה.
- שגויה ריק: חורים בתוך המים
  משוב
  בועה ריקה הייתה נמחצת מיד בלחץ של המים והאוויר שמעליה. היא מלאה בגז שהלחץ שלו מחזיק אותה פתוחה.
משוב לתשובה נכונה
רתיחה היא אידוי מתוך כל הנוזל: בנקודת הרתיחה מולקולות מים הופכות לגז גם בתוך המים ויוצרות בועות של אדים. המולקולות נשארות $\mathrm{H_2O}$ ⁠.

רמז
רתיחה היא מעבר מצב. מה הופך מנוזל לגז?

פתרון מלא
1. ברתיחה המים עוברים מנוזל לגז: זה מעבר מצב, לא תגובה.
2. במעבר מצב המולקולות לא מתפרקות, ולכן אין כאן מימן וחמצן.
3. הגז בבועות הוא אפוא מים בצורת גז: אדי מים.
בועות האוויר הקטנות מופיעות על דפנות הסיר כבר בחימום, והן נגמרות הרבה לפני הרתיחה.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
הטמפרטורה עומדת
תרגול · בחרו
השאלה
סיר מים רותח על להבה בגובה פני הים. מגבירים את הלהבה ומחכים עוד חמש דקות, ועדיין יש מים בסיר. מה הטמפרטורה של המים?

התשובה הנכונה
- נכונה 100 °C
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
373.1 K
התקרבות למולקולות
פני השטח
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה 100 °C
- שגויה יותר מ־100 °C, כי חיממו עוד
  טעות נפוצה: Thinks the temperature keeps rising while a substance melts or boils as long as it is heated.
  משוב מהקטלוג
  כל עוד יש מים שרותחים, הטמפרטורה שלהם נשארת 100 °C (בלחץ של אטמוספרה), גם כשהלהבה חזקה. האנרגיה מהלהבה הולכת לפירוק המשיכה בין המולקולות, לא להאצה שלהן. להבה חזקה יותר רק מאדה את המים מהר יותר. אותו דבר בהיתוך: קרח ומים יחד נשארים ב־0 °C.
- שגויה פחות מ־100 °C, כי המים החמים כבר התאדו
  משוב
  מים שנשארים בסיר רותחים ממשיכים לרתוח, ולכן הם בנקודת הרתיחה. הם לא מתקררים כל עוד הלהבה דולקת.
משוב לתשובה נכונה
כל עוד יש מים רותחים, הם נשארים ב־100 °C. האנרגיה הנוספת מהלהבה הולכת לניתוק המולקולות זו מזו, והמים פשוט מתאדים מהר יותר. מה שמגביה נקודת רתיחה הוא לחץ, כמו בסיר לחץ, לא חום.

פתרון מלא
1. מים רותחים בגובה פני הים ב־100 °C.
2. ברתיחה, האנרגיה שנכנסת משמשת לניתוק המשיכה בין המולקולות, לא להאצת התנועה שלהן.
3. הטמפרטורה מודדת את מהירות התנועה הממוצעת, ולכן היא לא משתנה.
4. התשובה: 100 °C, עד שהמים האחרונים מתאדים.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
אידוי בלי רתיחה
תרגול · בחרו
השאלה
שלולית מתייבשת ביום של 25 °C, רחוק מאוד מנקודת הרתיחה. איך המים עוזבים?

התשובה הנכונה
- נכונה המולקולות המהירות ביותר שליד פני השטח בורחות לאוויר
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
323.1 K
התקרבות למולקולות
מולקולות
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה המולקולות המהירות ביותר שליד פני השטח בורחות לאוויר
- שגויה המים לא מתאדים מתחת ל־100 °C; הם רק נספגים באדמה
  טעות נפוצה: Thinks a liquid can only turn into gas at its boiling point.
  משוב מהקטלוג
  נוזל מתאדה בכל טמפרטורה, מפני השטח שלו. בכל רגע חלק מהמולקולות מהירות מהממוצע, ואלה שליד פני השטח יכולות להשתחרר. כך שלולית מתייבשת ביום של 25 °C. רתיחה היא משהו אחר: אידוי מתוך כל הנוזל, בבועות, שמתחיל רק בנקודת הרתיחה.
- שגויה המים מתפרקים בשמש למימן ולחמצן
  טעות נפוצה: Thinks the bubbles in boiling water are air, or hydrogen and oxygen split from the water.
  משוב מהקטלוג
  הבועות הגדולות שעולות ממים רותחים הן אדי מים: מים שהפכו לגז בתוך הנוזל. רתיחה היא מעבר מצב, לא תגובה כימית, ולכן המולקולות נשארות $\mathrm{H_2O}$ ⁠ ולא מתפרקות למימן ולחמצן. האוויר המומס במים יוצא כבר בחימום, בבועות קטנות על הדפנות, הרבה לפני הרתיחה.
משוב לתשובה נכונה
בכל טמפרטורה חלק מהמולקולות מהירות הרבה מהממוצע. אלה שליד פני השטח ונעות כלפי מעלה יכולות להשתחרר מהמשיכה של שכנותיהן: זה אידוי. ככל שחם יותר ויש יותר רוח, האידוי מהיר יותר.

פתרון מלא
1. הטמפרטורה קובעת את המהירות הממוצעת של המולקולות; יש מהירות יותר ויש איטיות יותר.
2. מולקולה מהירה מספיק בפני השטח יכולה לצאת לאוויר.
3. זה קורה בכל טמפרטורה, לאט: אידוי. ברתיחה זה קורה גם בתוך הנוזל.

שיעור 3 מתוך 5 · כ־30 דקות

לחץ וחוקי הגזים

מאיפה בא לחץ של גז, ושלושה חוקים שיוצאים מהחלקיקים: חצי נפח נותן לחץ כפול, טמפרטורה כפולה בקלווין נותנת לחץ כפול, ופי שניים גז נותן לחץ כפול.

לפתוח את השיעור

6 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 6
לפתוח את השלב
מהו לחץ
תרגול · בחרו
השאלה
מאיפה בא הלחץ שגז מפעיל על דפנות הקופסה?

התשובה הנכונה
- נכונה מהפגיעות של חלקיקים רבים בדפנות, בכל רגע
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 K
נפח
2 L
כמות הגז
200 חלקיקים
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקים
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה מהפגיעות של חלקיקים רבים בדפנות, בכל רגע
- שגויה מהמשקל של הגז שלוחץ למטה
  משוב
  המשקל של גז בקופסה זעום, והלחץ פועל באותה מידה על הדופן העליונה, על התחתונה ועל הצדדיות.
- שגויה מהחלקיקים שמתנפחים ודוחפים את הדפנות
  טעות נפוצה: Thinks a substance expands, melts or boils because its particles themselves grow or melt.
  משוב מהקטלוג
  החלקיקים עצמם לא גדלים, לא מתרככים ולא נמסים. מולקולת מים בקרח, במים ובאדים היא אותה מולקולה, $\mathrm{H_2O}$ ⁠, באותו גודל. מה שמשתנה הוא כמה מהר החלקיקים נעים וכמה רחוק הם זה מזה: באדים המרחק ביניהם גדול פי עשרה בערך.
- שגויה מהאוויר שבין החלקיקים
  טעות נפוצה: Thinks the space between the particles of a gas is filled with air or some other substance.
  משוב מהקטלוג
  בין החלקיקים של גז אין כלום: ריק. אוויר הוא בעצמו תערובת של חלקיקים, בעיקר $\mathrm{N_2}$ ⁠ ו־ $\mathrm{O_2}$ ⁠, ובין הם אין דבר. לכן אפשר לדחוס גז: דוחסים את הריק שבין החלקיקים, לא את החלקיקים.
משוב לתשובה נכונה
כל חלקיק שפוגע בדופן וניתז ממנה דוחף אותה לרגע. מיליארדי פגיעות בכל שנייה מצטרפות לכוח קבוע, והכוח על כל יחידת שטח הוא הלחץ. לכן הלחץ גדל כשיש יותר פגיעות או כשכל פגיעה חזקה יותר.

פתרון מלא
1. בגז החלקיקים נעים מהר ובכל הכיוונים.
2. כשחלקיק ניתז מהדופן, התנע שלו מתהפך, והדופן מקבלת דחיפה.
3. סכום כל הדחיפות בשנייה, לכל יחידת שטח, הוא הלחץ: $p = \dfrac{F}{A}$ ⁠.
שלב 2 מתוך 6
לפתוח את השלב
לדחוס
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
בקופסה גז בלחץ של אטמוספרה אחת, ב־2 L. הטמפרטורה וכמות הגז קבועות. מה יהיה הלחץ כשתדחפו את הדופן עד 1 L?

התשובה הנכונה
2 atm ± 0.05 atm
ניבוי מספרי נחשב נכון בטווח ± 0.05 atm
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 Kקבוע
נפח
2 L
כמות הגז
200 חלקיקיםקבוע
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקים
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
נפח
1 L
ואז הסצנה מראה: 2 atm · Ideal-gas pressure p = N k T / V of the molecules the particles stand for/nodes/gas/outputs/pressure
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
שתי אטמוספרות: חצי נפח, לחץ כפול. זה חוק בויל: בטמפרטורה קבועה $pV$ ⁠ קבוע, $1 \times 2 = 2 \times 1$ ⁠.

רמז
באותו חדר קטן פי שניים, כל חלקיק מגיע לדופן פי שניים יותר.

פתרון מלא
1. בטמפרטורה קבועה ובכמות קבועה: $p_1 V_1 = p_2 V_2$ ⁠ (חוק בויל).
2. הנתונים: $p_1 = 1\ \mathrm{atm}$ ⁠, $V_1 = 2\ \mathrm{L}$ ⁠, $V_2 = 1\ \mathrm{L}$ ⁠.
3. $p_2 = \dfrac{p_1 V_1}{V_2} = \dfrac{1 \times 2}{1} = 2$ ⁠.
4. התשובה: 2 atm.
אם ניחשתם חצי אטמוספרה, הפכתם את היחס: לחץ ונפח הפוכים זה לזה.
שלב 3 מתוך 6
לפתוח את השלב
חוק בויל
תרגול · חשבו
השאלה
ב־2 L הלחץ היה אטמוספרה אחת. עכשיו הדופן ב־1.6 L, באותה טמפרטורה ועם אותו גז. מה הלחץ?

התשובה הנכונה
1.25 atm ± 0.01 atm
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 Kקבוע
נפח
1.6 Lקבוע
כמות הגז
200 חלקיקיםקבוע
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקים
מתקבלת בטווח
± 0.01 atm
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Ideal-gas pressure p = N k T / V of the molecules the particles stand for/nodes/gas/outputs/pressure
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 0.8 atm ± 0.01 atm
  טעות נפוצה: Thinks squeezing a gas into less room lowers its pressure in proportion, as if pressure followed volume.
  משוב מהקטלוג
  בטמפרטורה קבועה הלחץ והנפח הפוכים זה לזה (חוק בויל): $pV$ ⁠ קבוע. כשהנפח קטן פי שניים, אותם חלקיקים פוגעים בכל סנטימטר של דופן פי שניים יותר, והלחץ גדל פי שניים. לכן $p_2 = p_1 \dfrac{V_1}{V_2}$ ⁠, ולא $p_1 \dfrac{V_2}{V_1}$ ⁠.
משוב לתשובה נכונה
$p_2 = \dfrac{1 \times 2}{1.6} = 1.25$ ⁠ אטמוספרות. נפח קטן ב־20% העלה את הלחץ ב־25%: היחס הפוך, לא הפרש שווה.

רמז
$p_1 V_1 = p_2 V_2$ ⁠.

פתרון מלא
1. חוק בויל: $p_1 V_1 = p_2 V_2$ ⁠.
2. הנתונים: $p_1 = 1\ \mathrm{atm}$ ⁠, $V_1 = 2\ \mathrm{L}$ ⁠, $V_2 = 1.6\ \mathrm{L}$ ⁠.
3. $p_2 = \dfrac{1 \times 2}{1.6} = 1.25$ ⁠.
4. התשובה: 1.25 atm.
אם יצא לכם 0.8, כפלתם ב־ $\dfrac{V_2}{V_1}$ ⁠: נפח קטן יותר לא מוריד את הלחץ, הוא מעלה אותו.
שלב 4 מתוך 6
לפתוח את השלב
לחמם
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
הקופסה ב־300 K ובאטמוספרה אחת. נפח וכמות הגז קבועים. שנו את טמפרטורה עד שהלחץ יהיה 2 atm בדיוק, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 2 atm ± 0.005 atm
  בתחילת השלב: 1 atm
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 K
נפח
2 Lקבוע
כמות הגז
200 חלקיקיםקבוע
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקים
נקרא מהסצנה בנקודה
Ideal-gas pressure p = N k T / V of the molecules the particles stand for/nodes/gas/outputs/pressure
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
טמפרטורה
599 K
משוב לתשובה נכונה
ב־600 K: טמפרטורה מוחלטת כפולה, לחץ כפול (חוק גיי־לוסק). במעלות צלזיוס זה מ־27 °C ל־327 °C, הרבה יותר מ„פי שניים”.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. חשבו: $\dfrac{p_2}{p_1} = \dfrac{T_2}{T_1}$ ⁠, עם $T$ ⁠ בקלווין.

רמז
בנפח קבוע הלחץ פרופורציוני לטמפרטורה בקלווין.

פתרון מלא
1. בנפח קבוע ובכמות קבועה: $\dfrac{p_1}{T_1} = \dfrac{p_2}{T_2}$ ⁠.
2. $T_2 = T_1 \dfrac{p_2}{p_1} = 300 \times \dfrac{2}{1} = 600$ ⁠.
3. קבעו את טמפרטורה על 600 K.
שלב 5 מתוך 6
לפתוח את השלב
למה בקלווין
תרגול · חשבו
השאלה
מיכל סגור וקשיח מכיל גז ב־27 °C ובאטמוספרה אחת. מחממים אותו ל־127 °C. מה הלחץ עכשיו?

התשובה הנכונה
1.333 atm ± 0.01 atm
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 K
נפח
2 Lקבוע
כמות הגז
200 חלקיקיםקבוע
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקים
מתקבלת בטווח
± 0.01 atm
ערך קבוע בשאלה
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 4.704 atm ± 0.02 atm
  טעות נפוצה: Uses degrees Celsius instead of kelvin in a gas-law ratio.
  משוב מהקטלוג
  בחוקי הגזים הלחץ והנפח פרופורציוניים לטמפרטורה המוחלטת, בקלווין, שנמדדת מהאפס המוחלט. ב־0 °C לגז עדיין יש לחץ, אז אי אפשר לחלק במעלות צלזיוס. המירו קודם: $T = t + 273$ ⁠. מ־27 °C ל־327 °C הטמפרטורה עולה מ־300 K ל־600 K: פי שניים, לא פי שנים־עשר.
משוב לתשובה נכונה
$300\ \mathrm{K} \to 400\ \mathrm{K}$ ⁠, ולכן $p_2 = 1 \times \dfrac{400}{300} \approx 1.33$ ⁠ אטמוספרות. אפשר לבדוק בסצנה: 400 K בנפח של 2 L.

רמז
המירו את שתי הטמפרטורות לקלווין לפני שאתם מחלקים.

פתרון מלא
1. נפח קבוע: $\dfrac{p_2}{p_1} = \dfrac{T_2}{T_1}$ ⁠, עם $T$ ⁠ בקלווין.
2. $T_1 = 27 + 273 = 300\ \mathrm{K}$ ⁠, $T_2 = 127 + 273 = 400\ \mathrm{K}$ ⁠.
3. $p_2 = 1 \times \dfrac{400}{300} \approx 1.33$ ⁠.
4. התשובה: 1.33 atm.
אם יצא לכם 4.7, חילקתם $\dfrac{127}{27}$ ⁠ במעלות צלזיוס. ב־0 °C לגז יש לחץ, ולכן אפס של צלזיוס לא מתאים ליחס.
שלב 6 מתוך 6
לפתוח את השלב
עוד גז
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
בקופסה 200 חלקיקים, ב־300 K וב־2 L: אטמוספרה אחת. מה יקרה ללחץ אם תכפילו את כמות הגז ל־400 חלקיקים, בלי לשנות טמפרטורה ונפח?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא יוכפל
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 Kקבוע
נפח
2 Lקבוע
כמות הגז
200 חלקיקים
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקים
האפשרויות
- נכונה הוא יוכפל
- שגויה הוא לא ישתנה, כי הטמפרטורה לא השתנתה
  משוב
  הטמפרטורה קובעת כמה חזקה כל פגיעה. אבל עם פי שניים חלקיקים יש פי שניים פגיעות.
- שגויה הוא יגדל פי ארבעה
  משוב
  כל חלקיק פוגע באותה תדירות ובאותו כוח כמו קודם; רק מספר החלקיקים הוכפל.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
כמות הגז
400 חלקיקים
ואז הסצנה מראה: 2 atm · Ideal-gas pressure p = N k T / V of the molecules the particles stand for/nodes/gas/outputs/pressure
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
פי שניים חלקיקים, פי שניים פגיעות בשנייה, פי שניים לחץ: 2 atm. לכן מנפחים צמיג במשאבה: מוסיפים גז, והלחץ עולה.

פתרון מלא
1. בטמפרטורה ובנפח קבועים, הלחץ פרופורציוני למספר החלקיקים: $p \propto n$ ⁠.
2. מספר החלקיקים גדל פי 2.
3. לכן הלחץ גדל פי 2: מ־1 atm ל־2 atm.

שיעור 4 מתוך 5 · כ־25 דקות

הנפח המולרי

כמה מולים יש בקופסה, כמה מקום תופס מול אחד של גז, ולמה מול של מימן ומול של פחמן דו־חמצני ממלאים את אותו בלון.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
לספור מולים
תרגול · חשבו
השאלה
הקופסה ב־300 K, ב־2 L ובאטמוספרה אחת, 101 325 Pa. כמה מולים של גז יש בה? השתמשו ב־ $pV = nRT$ ⁠ עם $R = 8.314\ \mathrm{J/(mol \cdot K)}$ ⁠.

התשובה הנכונה
0.08124 mol ± 2%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 Kקבוע
נפח
2 Lקבוע
כמות הגז
200 חלקיקיםקבוע
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקים
מתקבלת בטווח
± 2%
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Amount of gas in moles: the molecules the particles stand for, over Avogadro’s number/nodes/gas/outputs/moles
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 81.24 mol ± 2%
  טעות נפוצה: Puts litres into pV = nRT where SI wants cubic metres.
  משוב מהקטלוג
  עם $R = 8.314\ \mathrm{J/(mol \cdot K)}$ ⁠ כל הגדלים ביחידות SI: לחץ בפסקל ונפח במטרים מעוקבים. ליטר הוא אלפית מטר מעוקב, 1 L = 0.001 m³, ולכן הצבה בליטרים נותנת תשובה גדולה פי אלף.
משוב לתשובה נכונה
$n = \dfrac{pV}{RT} = \dfrac{101\,325 \times 0.002}{8.314 \times 300} \approx 0.081$ ⁠ מול. כל אחד מ־200 החלקיקים בסצנה מייצג אפוא כ־ $2.4 \times 10^{20}$ ⁠ מולקולות אמיתיות.

רמז
ב־SI הנפח במטרים מעוקבים: 1 L = 0.001 m³.

פתרון מלא
1. משוואת הגז האידיאלי: $pV = nRT$ ⁠, ולכן $n = \dfrac{pV}{RT}$ ⁠.
2. ביחידות SI: $p = 101\,325\ \mathrm{Pa}$ ⁠, $V = 2\ \mathrm{L} = 0.002\ \mathrm{m^3}$ ⁠, $T = 300\ \mathrm{K}$ ⁠.
3. $n = \dfrac{101\,325 \times 0.002}{8.314 \times 300} = \dfrac{202.65}{2494.2} \approx 0.0812$ ⁠.
4. התשובה: כ־0.081 מול.
אם יצא לכם 81, הצבתם ליטרים במקום מטרים מעוקבים, והתשובה גדולה פי אלף.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
מול אחד
תרגול · חשבו
השאלה
באותה קופסה, 0.0812 מול תופסים 2 L ב־300 K ובאטמוספרה אחת. כמה מקום יתפוס מול אחד של גז בתנאים האלה?

התשובה הנכונה
24.62 L/mol ± 1%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 Kקבוע
נפח
2 Lקבוע
כמות הגז
200 חלקיקיםקבוע
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקים
מתקבלת בטווח
± 1%
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Volume the box holds per mole of gas, V / n/nodes/gas/outputs/molarVolume
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 22.4 L/mol ± 0.1 L/mol
  טעות נפוצה: Uses 22.4 L/mol for the molar volume whatever the temperature.
  משוב מהקטלוג
  22.4 L/mol הוא הנפח של מול גז ב־0 °C ובלחץ של אטמוספרה. בטמפרטורת החדר הגז חם יותר ותופס יותר: בערך 24 L/mol ב־20–25 °C. הנפח המולרי תלוי בטמפרטורה ובלחץ, $V_m = \dfrac{RT}{p}$ ⁠, ולכן צריך לבדוק באילו תנאים מדובר.
משוב לתשובה נכונה
$V_m = \dfrac{2}{0.0812} \approx 24.6$ ⁠ ליטר למול. זה הנפח המולרי ב־27 °C: כל גז, מכל סוג, תופס אותו נפח למול באותם טמפרטורה ולחץ.

רמז
$V_m = \dfrac{V}{n}$ ⁠.

פתרון מלא
1. הנפח המולרי הוא נפח חלקי מספר המולים: $V_m = \dfrac{V}{n}$ ⁠.
2. $V_m = \dfrac{2\ \mathrm{L}}{0.0812\ \mathrm{mol}} \approx 24.6\ \mathrm{L/mol}$ ⁠.
3. בדיקה: $V_m = \dfrac{RT}{p} = \dfrac{8.314 \times 300}{101\,325} = 0.0246\ \mathrm{m^3}$ ⁠, כלומר 24.6 L.
אם עניתם 22.4, זה הנפח המולרי ב־0 °C. כאן הגז ב־27 °C, ותופס יותר.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
תנאים תקניים
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
הקופסה קוררה ל־273 K, 0 °C, בנפח של 2 L, והלחץ ירד מתחת לאטמוספרה. טמפרטורה ונפח קבועים. הוסיפו גז בכמות הגז עד שהלחץ יחזור לאטמוספרה אחת, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 1 atm ± 0.005 atm
  בתחילת השלב: 0.91 atm
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
273 Kקבוע
נפח
2 Lקבוע
כמות הגז
200 חלקיקים
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקים
נקרא מהסצנה בנקודה
Ideal-gas pressure p = N k T / V of the molecules the particles stand for/nodes/gas/outputs/pressure
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
כמות הגז
220 חלקיקים
משוב לתשובה נכונה
ב־220 חלקיקים, כלומר 0.0894 מול. עכשיו $V_m = \dfrac{2}{0.0894} \approx 22.4$ ⁠ ליטר למול: הנפח המולרי בתנאים התקניים, 0 °C ואטמוספרה אחת.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. $n \propto \dfrac{p}{T}$ ⁠: בטמפרטורה נמוכה יותר צריך יותר גז לאותו לחץ.

רמז
בגז קר יותר כל פגיעה חלשה יותר, ולכן צריך יותר חלקיקים כדי לקבל אותו לחץ: פי $\dfrac{300}{273}$ ⁠.

פתרון מלא
1. ב־300 K, 200 חלקיקים נתנו אטמוספרה אחת.
2. בנפח ובלחץ קבועים $nT$ ⁠ קבוע, ולכן $n_2 = n_1 \dfrac{T_1}{T_2} = 200 \times \dfrac{300}{273} \approx 220$ ⁠.
3. קבעו את כמות הגז על 220 חלקיקים.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
חוק אבוגדרו
תרגול · בחרו
השאלה
בבלון אחד מול של מימן, $\mathrm{H_2}$ ⁠ (2 g), ובבלון שני מול של פחמן דו־חמצני, $\mathrm{CO_2}$ ⁠ (44 g), באותם טמפרטורה ולחץ. איזה בלון גדול יותר?

התשובה הנכונה
- נכונה הם באותו גודל
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 K
נפח
2 L
כמות הגז
200 חלקיקים
הצגת עקומת המהירויות
עקומת המהירויות
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה הם באותו גודל
- שגויה הבלון של $\mathrm{CO_2}$ ⁠, כי המולקולות שלו גדולות וכבדות יותר
  טעות נפוצה: Thinks a mole of a heavier gas takes up more room than a mole of a lighter one.
  משוב מהקטלוג
  נפח של גז תלוי במספר החלקיקים, לא בגודלם ולא במסה שלהם (חוק אבוגדרו). החלקיקים זעירים לעומת המרחקים ביניהם, ומולקולה כבדה נעה לאט יותר אבל פוגעת חזק יותר, כך שהלחץ יוצא אותו לחץ. לכן מול של מימן ומול של פחמן דו־חמצני, באותם טמפרטורה ולחץ, תופסים אותו נפח.
- שגויה הבלון של המימן, כי המולקולות שלו מהירות יותר
  טעות נפוצה: Thinks all gases at the same temperature move at the same speed.
  משוב
  נכון שמולקולות המימן מהירות יותר, אבל הן גם קלות פי 22. כל פגיעה שלהן חלשה יותר, והלחץ יוצא אותו לחץ.
משוב לתשובה נכונה
חוק אבוגדרו: נפחים שווים של גזים, באותם טמפרטורה ולחץ, מכילים מספר שווה של חלקיקים. מול אחד של כל גז תופס אותו נפח מולרי, כ־24 L בטמפרטורת החדר.

פתרון מלא
1. $V = \dfrac{nRT}{p}$ ⁠: בנוסחה אין מסה ואין גודל של מולקולה.
2. לשני הבלונים אותם $n = 1$ ⁠, $T$ ⁠ ו־ $p$ ⁠.
3. לכן גם $V$ ⁠ שווה.
המולקולות זעירות לעומת הרווחים ביניהן, ולכן הגודל שלהן כמעט לא משנה.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
מגרמים לליטרים
תרגול · חשבו
השאלה
בקבוק משקה מוגז משחרר 11 g של $\mathrm{CO_2}$ ⁠ (מסה מולרית 44 g/mol) בטמפרטורת החדר, שבה הנפח המולרי 24 L/mol. איזה נפח של גז השתחרר?

התשובה הנכונה
6 L ± 0.05 L
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
טמפרטורה
300 Kברירת מחדל
נפח
2 Lברירת מחדל
כמות הגז
200 חלקיקיםברירת מחדל
הצגת עקומת המהירויות
חלקיקיםברירת מחדל
מתקבלת בטווח
± 0.05 L
ערך קבוע בשאלה
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 5.6 L ± 0.05 L
  טעות נפוצה: Uses 22.4 L/mol for the molar volume whatever the temperature.
  משוב מהקטלוג
  22.4 L/mol הוא הנפח של מול גז ב־0 °C ובלחץ של אטמוספרה. בטמפרטורת החדר הגז חם יותר ותופס יותר: בערך 24 L/mol ב־20–25 °C. הנפח המולרי תלוי בטמפרטורה ובלחץ, $V_m = \dfrac{RT}{p}$ ⁠, ולכן צריך לבדוק באילו תנאים מדובר.
משוב לתשובה נכונה
$n = \dfrac{11}{44} = 0.25$ ⁠ מול, ו־ $V = 0.25 \times 24 = 6$ ⁠ ליטר: שישה בקבוקים של ליטר מלאים בגז, מבקבוק אחד של משקה.

רמז
קודם מולים, $n = \dfrac{m}{M}$ ⁠; אחר כך נפח, $V = n V_m$ ⁠.

פתרון מלא
1. מולים: $n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{11}{44} = 0.25\ \mathrm{mol}$ ⁠.
2. נפח: $V = n V_m = 0.25 \times 24 = 6$ ⁠.
3. התשובה: 6 L.
אם יצא לכם 5.6, השתמשתם ב־22.4 L/mol, הנפח המולרי ב־0 °C.

שיעור 5 מתוך 5 · כ־20 דקות

מימן, חמצן וחנקן

שלושה גזים חסרי צבע וריח, ובדיקה אחת שמבדילה ביניהם: קיסם בוער. ובתוך הצנצנת: למה המולקולות של מימן מהירות פי ארבעה מאלה של חמצן.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
בדיקת הקיסם
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
בצנצנת עכשיו אוויר, והקיסם הבוער ממשיך לבעור בה בשקט. מה יקרה לקיסם בצנצנת של חמצן טהור?

התשובה הנכונה
- נכונה הלהבה תתלקח ותבער בבהירות
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
הגז בצנצנת
אווירקבוע
טמפרטורה
293 K
התקרבות למולקולות
בדיקת קיסם
האפשרויות
- נכונה הלהבה תתלקח ותבער בבהירות
- שגויה הלהבה תכבה
  משוב
  הלהבה כבה בחנקן, שלא תומך בבעירה. חמצן הוא הגז שבעירה צורכת.
- שגויה תישמע נקישה קטנה
  משוב
  הנקישה היא הבדיקה למימן: גז דליק שבוער בפיצוץ קטן. חמצן עצמו לא בוער; הוא מאפשר לדברים אחרים לבעור.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
הגז בצנצנת
חמצןקבוע
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
באוויר יש רק כחמישית חמצן; בצנצנת של חמצן טהור פי חמישה, והעץ בוער מהר ובבהירות. בבדיקה הקלאסית מכניסים קיסם לוחש, בלי להבה, והוא נדלק מחדש: כך מזהים חמצן.

פתרון מלא
1. בעירה היא תגובה עם חמצן.
2. באוויר כ־21% חמצן, והשאר בעיקר חנקן שלא מגיב.
3. בחמצן טהור כל מולקולה שפוגעת בעץ החם יכולה להגיב, ולכן הבעירה מהירה ובהירה הרבה יותר.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
הנקישה
תרגול · בחרו
השאלה
בצנצנת של מימן הקיסם משמיע נקישה, ועל הזכוכית נשאר אד דק. מהו?

התשובה הנכונה
- נכונה מים: המימן התחבר לחמצן מהאוויר
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
הגז בצנצנת
מימן
טמפרטורה
293 K
התקרבות למולקולות
בדיקת קיסם
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה מים: המימן התחבר לחמצן מהאוויר
- שגויה עשן מהקיסם
  משוב
  עשן הוא פיח ואפר, אפור וחלקיקי. האד על הזכוכית צלול, ומתאדה כשהזכוכית מתחממת.
- שגויה מימן שהתעבה
  משוב
  מימן הופך לנוזל רק ב־−253 °C. על זכוכית בטמפרטורת החדר הוא נשאר גז.
משוב לתשובה נכונה
הנקישה היא בעירה מהירה של מימן בחמצן מהאוויר: $2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O}$ ⁠. המים נוצרים כאדים חמים ומתעבים על הזכוכית הקרה.

פתרון מלא
1. מימן דליק: הוא מגיב עם חמצן.
2. התוצר של מימן וחמצן הוא מים: $2\mathrm{H_2} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{H_2O}$ ⁠.
3. האדים החמים מתעבים על הדופן הקרה ומשאירים אד.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
חנקן
אין שאלת תרגול בשלב הזה.
הסצנה בשלב הזה
הגז בצנצנת
חנקן
טמפרטורה
293 K
התקרבות למולקולות
בדיקת קיסם
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
בתוך הצנצנת
תרגול · חשבו
השאלה
בצנצנת מימן ב־293 K. המהירות הממוצעת של מולקולות גז היא $\bar v = \sqrt{\dfrac{8RT}{\pi M}}$ ⁠, עם $M$ ⁠ בקילוגרם למול. למימן $M = 0.002016\ \mathrm{kg/mol}$ ⁠. מה המהירות הממוצעת?

התשובה הנכונה
1754 m/s ± 2%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
הגז בצנצנת
מימןקבוע
טמפרטורה
293 Kקבוע
התקרבות למולקולות
מולקולות
מתקבלת בטווח
± 2%
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Mean molecular speed of the gas in the jar/nodes/jar/outputs/averageSpeed
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 440 m/s ± 2%
  טעות נפוצה: Thinks all gases at the same temperature move at the same speed.
  משוב מהקטלוג
  באותה טמפרטורה לכל הגזים אותה אנרגיה קינטית ממוצעת למולקולה, $\tfrac32 kT$ ⁠, ולא אותה מהירות. כש־ $\tfrac12 mv^2$ ⁠ שווה, מולקולה קלה נעה מהר יותר: המהירות הולכת כמו $\dfrac{1}{\sqrt M}$ ⁠. מימן קל פי 16 מחמצן, ולכן מהיר ממנו פי 4 בערך.
משוב לתשובה נכונה
כ־1750 m/s: יותר מפי חמישה ממהירות הקול באוויר. מולקולות החמצן באותה צנצנת, באותה טמפרטורה, נעות רק כ־440 m/s.

רמז
$R = 8.314\ \mathrm{J/(mol \cdot K)}$ ⁠.

פתרון מלא
1. הנתונים: $R = 8.314$ ⁠, $T = 293\ \mathrm{K}$ ⁠, $M = 0.002016\ \mathrm{kg/mol}$ ⁠.
2. $\bar v = \sqrt{\dfrac{8 \times 8.314 \times 293}{\pi \times 0.002016}} = \sqrt{\dfrac{19\,488}{0.006333}} \approx \sqrt{3.08 \times 10^6}$ ⁠.
3. $\bar v \approx 1754$ ⁠.
4. התשובה: כ־1750 m/s.
אם עניתם 440 m/s, זו המהירות של חמצן. באותה טמפרטורה האנרגיה הקינטית הממוצעת שווה, לא המהירות.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
קל ומהיר
תרגול · חשבו
השאלה
מסה מולרית של חמצן, $\mathrm{O_2}$ ⁠, 32 g/mol, ושל מימן, $\mathrm{H_2}$ ⁠, 2 g/mol. באותה טמפרטורה, פי כמה מהירות מולקולות המימן?

התשובה הנכונה
4 ± 0.05
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
הגז בצנצנת
חמצן
טמפרטורה
293 K
התקרבות למולקולות
מולקולות
מתקבלת בטווח
± 0.05
ערך קבוע בשאלה
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 1 ± 0.05
  טעות נפוצה: Thinks all gases at the same temperature move at the same speed.
  משוב מהקטלוג
  באותה טמפרטורה לכל הגזים אותה אנרגיה קינטית ממוצעת למולקולה, $\tfrac32 kT$ ⁠, ולא אותה מהירות. כש־ $\tfrac12 mv^2$ ⁠ שווה, מולקולה קלה נעה מהר יותר: המהירות הולכת כמו $\dfrac{1}{\sqrt M}$ ⁠. מימן קל פי 16 מחמצן, ולכן מהיר ממנו פי 4 בערך.
משוב לתשובה נכונה
$\sqrt{\dfrac{32}{2}} = \sqrt{16} = 4$ ⁠. לכן מימן דולף מבלון מהר כל כך, ולכן הוא עולה באוויר: מול שלו שוקל 2 g, ומול של אוויר כ־29 g. בסצנה: 1754 חלקי 440 הם כמעט בדיוק 4.

רמז
$\bar v \propto \dfrac{1}{\sqrt M}$ ⁠.

פתרון מלא
1. באותה טמפרטורה $\tfrac12 m v^2$ ⁠ שווה לשני הגזים, ולכן $v \propto \dfrac{1}{\sqrt M}$ ⁠.
2. $\dfrac{v_{\mathrm{H_2}}}{v_{\mathrm{O_2}}} = \sqrt{\dfrac{M_{\mathrm{O_2}}}{M_{\mathrm{H_2}}}} = \sqrt{\dfrac{32}{2}} = 4$ ⁠.
3. התשובה: פי 4.
אם עניתם 16, שכחתם את השורש: האנרגיה הולכת כמו ריבוע המהירות.

בכל היחידה · 12 טעויות נפוצות

קטלוג הטעויות הנפוצות

כל טעות נפוצה שהיחידה מזהה, בכמה מילים. פתחו טעות כדי לראות מה הלומדים קוראים כשהתשובה מתאימה לה, ואיפה היא נשאלת.

תוכן העניינים

מודל החלקיקים

שלושה מצבים

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

בתוך הקרח

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

קלווין וצלזיוס

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

רמז

פתרון מלא

להמיס

השאלה

המטרה

הסצנה בשלב הזה

הגדרה אחת שמגיעה למטרה

רמז

פתרון מלא

רחוקים זה מזה

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

מעברי מצב

שישה מעברים

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

היתוך דורש אנרגיה

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

תשובות שגויות שהשאלה מזהה

רמז

פתרון מלא

רתיחה

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

רמז

פתרון מלא

הטמפרטורה עומדת

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

אידוי בלי רתיחה

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

לחץ וחוקי הגזים

מהו לחץ

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

לדחוס

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה