大学物理 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (11): 58-.doi: 10.16854 / j.cnki.1000-0712.190042
陶封邑,庄洋,黄敏,赵芸赫,马宇翰
TAO Feng-yi,ZHUANG Yang,HUANG Min,ZHAO Yun-he,MA Yu-han
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.