الحرارة المقيسة: خلط الساخن والبارد

1 · توقّع

يُفلت مكعب ألومنيوم ساخن في ماء أبرد. إذا استخدمت مكعبًا أكبر (كتلة أكبر) بالحرارة الابتدائية نفسها، فهل ترتفع درجة حرارة الاتزان النهائية أم تنخفض؟

2 · التجهيز

  1. افتح تجربة الخلط واضغط إعادة. 1 kg ماء عند 290 K (الجسم 1) سيختلط بمكعب ألومنيوم عند 400 K (الجسم 2).
  2. فعّل قراءة درجة حرارة الاتزان.
  3. اضبط كتلة مكعب الألومنيوم لكل تجربة وسجل درجة حرارة الاتزان.

3 · اجمع البيانات

كتلة الألومنيوم m₂ (kg)درجة حرارة الاتزان T_eq (K)
0.30
0.50
0.80

ارسم درجة حرارة الاتزان T_eq (المحور y) مقابل كتلة الألومنيوم m₂ (المحور x) لتجاربك الثلاث.

4 · حلّل

  1. 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.
  2. 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)).

5 · وسّع

  1. 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.
  2. 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.

الفيزياء خلف هذه التجربة

درجة حرارة الاتزان المسعرية

عند تبادل جسمين الحرارة دون فواقد للمحيط، يستقران عند درجة حرارة متوسطة موزونة — موزونة بسعة كل جسم الحرارية m·c، لا بكتلته فحسب.

← عودة إلى التجربة