Mouvement des particules dans un gaz parfait

Dans un gaz, contrairement à un solide ou à un liquide, les particules (atomes ou molécules) sont relativement éloignées les unes des autres. Cette simulation illustre le mouvement désordonné des particules d'un gaz. Elle repose sur le modèle du gaz parfait et sur les hypothèses suivantes :

• Aucune force n'agit sur une particule tant qu'elle ne heurte pas une paroi ou une autre particule. Entre deux collisions, les particules se déplacent donc en ligne droite à vitesse constante.
• Les collisions sont élastiques.
• Le volume des particules est négligeable devant le volume total.
• Les rotations et les vibrations ne sont pas prises en compte.

Le panneau de commande comprend deux boutons : « Réinitialiser » prépare l'état initial, et le second (« Démarrer/Pause/Reprendre ») permet de lancer, d'arrêter ou de reprendre l'animation. L'option « Ralenti » ralentit l'animation. Quatre gaz peuvent être choisis : l'azote (N₂), l'oxygène (O₂), l'argon (Ar) et l'hydrogène (H₂). Vous pouvez saisir une valeur — dans les limites prévues — pour la quantité de matière (mesurée en moles), la température absolue (en kelvins) et la pression (en kilopascals). Validez chaque saisie avec la touche Entrée. Sous les champs, le volume calculé s'affiche en centimètres cubes. Dans certains cas, la pression est ajustée pour maintenir un volume compris entre 100 cm³ et 1000 cm³. Les boutons radio en bas du panneau déterminent ce qui s'affiche dans la zone de dessin :

• Animation du mouvement des particules dans un récipient cubique de côté 10 cm; le nombre de particules représentées est naturellement bien inférieur au nombre réel (1 mole correspond à environ 6 × 10²³ particules). La flèche bleue au centre du couvercle représente la force nécessaire pour le maintenir à hauteur constante.
• Diagramme de la distribution de probabilité d'une composante de la vitesse (v_x, v_y, ou v_z)
• Diagramme de la distribution de probabilité de la norme de la vitesse v (distribution de Maxwell-Boltzmann)

Remarque : sur un ordinateur ancien, l'animation peut être lente.