Algodoo som ett verktyg vid undervisning av kinetisk gasteori

• Main Author: Östlund, Stina
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: Uppsala universitet, Fysikundervisningens didaktik 2018
• Subjects: fysik; kinetisk; gasteori; algodoo; gas; pedagogik; simulering; Physical Sciences; Fysik
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-354562

Simuleringar har visat sig vara ett användbart hjälpmedel inom fysikundervisningen, främst inom områden som är svåra att observera. Eftersom kinetisk gasteori är ett sådant område har det i den här uppsatsen undersökts hur användbart programmet Algodoo är för att simulera termodynamiska processer och på så sätt studera vad som sker i en gas. Det visade sig att isobara, isokora och adiabatiska processer är meningsfulla att simulera i Algodoo, där det tydligt går att visualisera hur bland annat partiklarnas kinetiska energi, volymen av behållaren och trycket förändras i dessa processer, medan en isoterm process var något begränsad i utförandet. När simuleringar av gaser genomförs i Algodoo uppstår en svängningsrörelse och systemet visar sig motsvara en Helmholtz resonator. Ekvationen för Helmholtz resonansfrekvens, som utgår från ideala gaser i tre dimensioner, skrivs om för att passa det tvådimensionella Algodoo, för att sedan användas till att undersöka hur de olika parametrarna i ekvationen påverkar systemet. Även den ideala gaslagen skrivs om för att passa ett tvådimensionellt system och beräkningar utförs även här för att undersöka hur väl värden i Algodoo stämmer överens med teoretisk beräknade värden. Den största felkällan vid beräkningar med värden från Algodoo visar sig vara det faktum att gaser som simuleras i programmet inte är helt ideala med avseende på att partiklarna inte är punktpartiklar utan upptar en viss volym. === It has been showed that simulations are a useful tool in physics education, especially in parts of physics that are hard to observe. Since kinetic gas theory is one of those parts, it has in this project been investigated how Algodoo can be used to simulate thermodynamic processes and to study what happens in a gas. Isobaric, isochoric and adiabatic processes turned out to be useful to simulate in Algodoo, where it is easy to visualize how for example the particles kinetic energy, the volume of the container and the pressure changes in these processes, while isothermal processes were partly limited in the performance. When simulations of gases are made in Algodoo an oscillation arise and the system turns out to correspond to a Helmholtz resonator. The equation of Helmholtz resonance frequency, which is made for ideal gases in three dimensions, is rewritten to match the two dimensional Algodoo. This equation is then used to examine how the parameters of the equation influence the system. The ideal gas law is also rewritten to match a two-dimensional system and calculations are made to examine how values in Algodoo matches theoretical calculated values. The errors in the calculations using values from Algodoo mostly are because of that gases in Algodoo not are completely ideal because of the sizes of the particles.