Présentation du logiciel :
« Atelier Théorie Cinétique des Gaz »
 

Conception : F. Chauvet, C. Duprez
Réalisation : F. Rouzé
(Adaptation d'une simulation de A. Chomat, C. Larcher, M. Méheut, G. Verneuil)
SEMM, Université des Sciences et Technologies de Lille 1

Version de Gaz.jar : mai 2004. Cette version remplace les versions antérieures qu'il est prudent de supprimer avant de les remplacer.

En 2005, à la suite de la mise à jour par Sun de sa plate-forme Java®, l'exécution de l'applet Gaz.jar présente parfois une anomalie au premier affichage de l'onglet visualisation. Une façon de récupérer l'affichage des particules consiste à réduire la fenêtre, puis à la restaurer depuis la barre de tâches.

Installation : copiez les fichiers Gaz.htm et Gaz.jar dans un même dossier (ou Gaz_avecOscillation.htm et Gaz.jar pour la simulation avec oscillation de la paroi mobile).
Lancez la simulation en ouvrant le fichier .htm dans Internet Explorer ou tout navigateur compatible.

Remarque :
L'applet Gaz.jar fonctionne dans toute page HTML en insérant, dans son code source, la balise :
<APPLET CODE=Gaz.class ARCHIVE=Gaz.jar WIDTH=640 HEIGHT=450>
<param name=oscillation value=non>
</APPLET>
(ou avec le paramètre <param name=oscillation value=oui> pour une simulation avec oscillation de la paroi mobile).

Objectifs : donner une signification microscopique aux notions de température et de pression. Dans ce but, le logiciel simule les mouvements de molécules dans un cadre rectangulaire, que l'on considère comme symbolisant une boîte parallélépipédique.

Description :
Quatre types de particules sont possibles : dihydrogène, diazote, dioxygène et une particule de masse molaire plus importante (200 g.mol^-1) dont le nom n'est pas spécifié.

Le mouvement des molécules satisfait aux lois de la théorie cinétique des gaz (répartition initiale des vitesses selon la loi de Maxwell-Boltzmann dans le cas d'une seule boîte) et de la mécanique (conservation de l'énergie et de la quantité de mouvement lors des chocs entre particules avec tirage au hasard de la trajectoire d'une des particules après le choc). La position initiale des différentes particules est tirée au hasard.

Sur l'écran dénommé « initialisation », l'utilisateur choisit la température et le programme en déduit la vitesse quadratique moyenne à injecter dans la loi de Maxwell-Boltzmann ; l'utilisateur choisit également un ou deux types de particules, le nombre de particules de chaque type (le nombre de particules possibles dépend de la puissance de l'ordinateur, mais un nombre raisonnable se situe aux alentours de 50 à 100 pour une boîte). La case « durée avant pause » permet d'afficher une durée dans une unité de temps arbitraire au bout de laquelle la simulation s'arrête. L'utilisateur doit valider son choix à l'aide du bouton « valider ».

L'écran « visualisation » montre les particules dans leur position initiale et un bouton permet de lancer la simulation. Il est possible à tout moment de faire une pause, la simulation s'arrête. La simulation s'arrête également au bout de la durée indiquée sur l'écran initialisation. Le bouton « lancer » permet de faire repartir la simulation.

Le nombre de chocs par unité de surface sur les différentes parois de la boîte est indiquée au dessus de l'animation. Un « chronomètre » indique un temps dans l'unité de temps arbitraire. Le bouton « remise à zéro » remet tous les compteurs à zéro mais sans retour à la situation initiale pour les particules.

Il est possible de mettre une « paroi mobile » dans la boîte et ainsi de créer deux cases. En haut de l'écran, est indiqué le nombre de chocs dans les deux cases sur les parois verticales, les chocs sur les côtés de la paroi intermédiaire étant indiqués en bleu. Il est possible de libérer cette paroi. Elle se déplace alors sous l'effet des chocs.
Deux choix sont possibles :
« sans oscillation », la paroi s'immobilise assez vite dans la position d'équilibre macroscopique, c'est-à-dire lorsqu'il y a égalité des pressions des deux côtés de la paroi mobile ;
« avec oscillation », la paroi oscille en suivant les fluctuations du faible nombre des chocs.