Symulacja ruchu cząsteczek w gazie doskonałym

Teoria:

Własności poszczególnych gazów zależą od ich struktury mikroskopowej oraz parametrów makroskopowych określonych przez wartości ciśnienia i temperatury. Jako punkt odniesienia traktuje się tzw. gaz doskonały, którego własności makroskopowe i mikroskopowe są jednoznacznie określone. Gazy rzeczywiste stosują się dobrze do praw określonych dla gazu doskonałego, jeśli ich ciśnienie jest dostatecznie małe. Niektóre gazy, np. azot i tlen nawet przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze pokojowej mają własności zbliżone do własności gazu doskonałego.

Gaz doskonały to gaz, który spełnia następujące warunki:

• cząsteczki gazu mają jednakową masę
• cząsteczki gazu można potraktować jako punkty materialne, ich objętość jest zaniedbywalnie mała w stosunku do objętości zajmowanej przez gaz, ich średnica jest dużo mniejsza niż średnia odległość przebyta między zderzeniami
• ruch cząsteczek jest chaotyczny, żaden z kierunków ruchu cząsteczek nie jest uprzywilejowany, tory ruchu są prostoliniowe, a kierunek ruchu ulega zmianie tylko w czasie zderzeń
• zderzenia zachodzące między cząsteczkami i ściankami naczynia są sprężyste, a siły podczas zderzeń są zachowawcze (energia mechaniczna układu cząsteczek jest stała)
• poza zderzeniami na cząsteczki nie działają żadne inne siły

Gaz doskonały spełnia prawa:

• Boyle’a-Mariotte’a
• Gay-Lussaca
• Charlesa
• Avogadra
• Daltona

Opis aplikacji

Aplikacja przeglądarkowa pozwalająca na symulowanie ruchu 2D cząsteczek w gazie doskonałym z możliwością doboru parametrów takich jak masa cząsteczki, temperatura gazu, ilość cząsteczek, rozmiar zbiornika itd.

Wymagania:

• node.js w wersji 16+
• npm / yarn / pnpm - jeden z menadżerów paczek, wybór dowolny

lub

• Docker

Wykorzystane technologie

• React, Typescript, Chakra UI
• react-p5-wrapper
• katex, react-katex

Instrukcja

a) bez Dockera

Instalacja zależności korzystając z npm'a

npm install

Budowanie plików statycznych

npm run build

Uruchomienie gotowej aplikacji

npm run preview --port 3000

Aplikacja dostępna będzie pod adresem: http://127.0.0.1:3000/ideal-gas-simulation/

b) Docker

Docker Engine musi działać w tle.

Budowanie obrazu: docker build -t <image_tag> <path>

docker build -t ideal-gas-simulation .

Uruchomienie kontenera ze zbudowanym obrazem według schematu: docker run -p <host_port>:<container_port> <image_tag>

docker run -p 3000:3000 ideal-gas-simulation

Aplikacja dostępna będzie pod adresem: http://127.0.0.1:3000/ideal-gas-simulation/

Wyświetlenie aktualnie działających kontenerów: docker ps -a

Zatrzymanie kontenera: docker stop <container_id/container_name>

Usunięcie kontenera: docker rm <container_id/container_name>

Wyświetlenie wszystkich obrazów: docker image ls

Usunięcie obrazu: docker image rm <image_tag>

---

Możliwości rozwoju aplikacji w przyszłości:

• dodanie trzeciego wymiaru do symulacji
• manipulacja ciśnieniem i objętością gazu, wyliczanie różnych wartości z równania Clapeyrona
• wizualizacja przemian gazowych na osobnej stronie
• kompedium wiedzy dla użytkownika