الديناميكا الحرارية
خلط ساخن وبارد
اخلط جسمًا ساخنًا وآخر باردًا؛ أوجد درجة حرارة الاتزان.
خلط ساخن وبارد — محاكاة الديناميكا الحرارية تفاعلية. اخلط جسمًا ساخنًا وآخر باردًا؛ أوجد درجة حرارة الاتزان. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
الاتزان الحراري
اخلط جسمًا ساخنًا وآخر باردًا؛ أوجد درجة حرارة الاتزان.
تفترض المسعرية نظامًا معزولًا: الحرارة التي يفقدها الجسم الدافئ تساوي ما يكتسبه البارد. درجة الحرارة النهائية متوسط مرجح بالكتلة للدرجتين الابتدائيتين حين تتساوى الحرارتان النوعيتان. تستخدم هذه التجربة سعات حرارية صريحة لتجعل الاقتراب من الاتزان مرئيًا.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq مرجّحة بـ mc
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
يُفلت مكعب ألومنيوم ساخن في ماء أبرد. إذا استخدمت مكعبًا أكبر (كتلة أكبر) بالحرارة الابتدائية نفسها، فهل ترتفع درجة حرارة الاتزان النهائية أم تنخفض؟
توقعات للموازنة
- المكعب الساخن الأكبر يرفع درجة حرارة الاتزان.
- المكعب الساخن الأكبر يخفض درجة حرارة الاتزان.
- درجة الحرارة النهائية لا تعتمد على كتلة مكعب الألومنيوم.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- كتلة الألومنيوم m₂ (kg)
ما تقيسه:
- درجة حرارة الاتزان T_eq (K)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة الخلط واضغط إعادة. 1 kg ماء عند 290 K (الجسم 1) سيختلط بمكعب ألومنيوم عند 400 K (الجسم 2).
- فعّل قراءة درجة حرارة الاتزان.
- اضبط كتلة مكعب الألومنيوم لكل تجربة وسجل درجة حرارة الاتزان.
المعادلة الحاكمة
درجة حرارة الاتزان المسعرية — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
عند تبادل جسمين الحرارة دون فواقد للمحيط، يستقران عند درجة حرارة متوسطة موزونة — موزونة بسعة كل جسم الحرارية m·c، لا بكتلته فحسب.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) بماء m₁ = 1 kg و c₁ = 4186 J/(kg·K) و T₁ = 290 K، وألمنيوم c₂ = 900 J/(kg·K) و T₂ = 400 K. قارن بالجدول.
- اشرح لماذا ترفع زيادة كتلة المكعب الساخن درجةَ حرارة الاتزان، رغم أن حرارته النوعية (900 J/(kg·K)) أدنى بكثير من حرارة الماء النوعية (4186 J/(kg·K)).
أين يظهر هذا خارج المختبر
- للماء حرارة نوعية عالية على نحو استثنائي مقارنة بمعظم المواد. بفكرة موازنة الطاقة نفسها في هذه التجربة، اشرح لماذا تميل مناخات السواحل إلى تقلبات حرارية ألطف من المناطق الداخلية.
- يجب أن تساوي الحرارة التي يفقدها قالب الألمنيوم بالضبط الحرارة التي يكتسبها الماء (انحفاظ الطاقة، بافتراض لا فواقد للمحيط). لمحاولة واحدة، تحقق من ذلك باستخدام Q = mcΔT لكل جسم.
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.1 Thermal energy transfers
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- Middle School Physical Science — Energy transfer between materials
- أهلًا بك في خلط الساخن والبارد
- حدد الجسم البارد
- اضغط تشغيل
- خلط إلى درجة واحدة
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.