Kalorimetrie: míchání teplého a studeného

1 · Predikuj

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?

2 · Sestavení

  1. Otevři předvolbu hot-cold-mix a stiskni Resetovat. 1 kg vody na 290 K (body1) se smíchá s hliníkovým blokem na 400 K (body2).
  2. Zapni odečet rovnovážné teploty.
  3. Nastav hmotnost hliníkového bloku pro každý pokus a zapiš rovnovážnou teplotu.

3 · Sbírej data

Hmotnost hliníku m₂ (kg)Rovnovážná teplota T_eq (K)
0.30
0.50
0.80

Vynes rovnovážnou teplotu T_eq (osa y) proti hmotnosti hliníku m₂ (osa x) pro své tři pokusy.

4 · Analyzuj

  1. 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.
  2. 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)).

5 · Rozšiř

  1. 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.
  2. 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.

Fyzika za tímto experimentem

Kalorimetrická rovnovážná teplota

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.

← Zpět na experiment

Termodynamika

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky