Termodynamika
Míchání teplého a studeného
Smíchej teplé a studené těleso; najdi rovnovážnou teplotu.
Míchání teplého a studeného — interaktivní simulace Termodynamika. Smíchej teplé a studené těleso; najdi rovnovážnou teplotu. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Tepelná rovnováha
Smíchej teplé a studené těleso; najdi rovnovážnou teplotu.
Kalorimetrie předpokládá izolovanou soustavu: teplo ztracené teplým tělesem se rovná teplu přijatému studeným. Konečná teplota je hmotnostně váženým průměrem počátečních teplot, když se měrné tepelné kapacity shodují. Tato předvolba používá explicitní tepelné kapacity, aby přibližování k rovnováze bylo vidět.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq váženo mc
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Teplý hliníkový blok je puštěn do chladnější vody. Když použiješ větší hliníkový blok (více hmotnosti) při stejné výchozí teplotě, jde konečná rovnovážná teplota nahoru, nebo dolů?
Predikce k zvážení
- Větší teplý blok zvyšuje konečnou rovnovážnou teplotu.
- Větší teplý blok snižuje konečnou rovnovážnou teplotu.
- Konečná teplota na hmotnosti hliníkového bloku nezávisí.
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Hmotnost hliníku m₂ (kg)
Co měříš:
- Rovnovážná teplota T_eq (K)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu hot-cold-mix a stiskni Resetovat. 1 kg vody na 290 K (body1) se smíchá s hliníkovým blokem na 400 K (body2).
- Zapni odečet rovnovážné teploty.
- Nastav hmotnost hliníkového bloku pro každý pokus a zapiš rovnovážnou teplotu.
Řídící rovnice
Kalorimetrická rovnovážná teplota — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Když si dvě tělesa vyměňují teplo bez ztrát do okolí, usadí se na vážené průměrné teplotě — vážené tepelnou kapacitou m·c každého tělesa, ne jen hmotností.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus spočti T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) s vodou m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K a hliníkem c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Porovnej s tabulkou.
- Vysvětli, proč zvětšení hmotnosti teplého bloku táhne rovnovážnou teplotu výš, i když jeho měrná tepelná kapacita (900 J/(kg·K)) je mnohem nižší než vodní (4186 J/(kg·K)).
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Voda má neobvykle vysokou měrnou tepelnou kapacitu ve srovnání s většinou materiálů. Vysvětli, proč přímořská klimata mívají mírnější výkyvy teplot než vnitrozemí, pomocí téhož nápadu o energetické bilanci jako tento experiment.
- Teplo ztracené hliníkovým blokem by se mělo přesně rovnat teplu přijatému vodou (zachování energie, bez ztrát do okolí). Pro jeden pokus to ověř pomocí Q = mcΔT pro každé těleso.
- 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
- Vítej v Míchání teplého a studeného
- Vyber studené těleso
- Stiskni Spustit
- Míchání na jednu teplotu
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →