Termodynamik
Blanding af varmt og koldt
Bland et varmt og et koldt legeme; find ligevægtstemperaturen.
Blanding af varmt og koldt — interaktiv Termodynamik-simulation. Bland et varmt og et koldt legeme; find ligevægtstemperaturen. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.
Termisk ligevægt
Bland et varmt og et koldt legeme; find ligevægtstemperaturen.
Kalorimetri antager et isoleret system: varmen afgivet af det varme legeme er lig med varmen optaget af det kolde. Sluttemperaturen er det massevægtede gennemsnit af starttemperaturerne, når de specifikke varmekapaciteter er ens. Denne forudstilling bruger eksplicitte varmekapaciteter for at gøre vejen mod ligevægt synlig.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq vægtet med mc
Undersøgelsesoplæg
Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet
Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.
Drivende spørgsmål
En varm aluminiumsblok sænkes ned i køligere vand. Hvis du bruger en større aluminiumsblok (mere masse) ved samme starttemperatur, går den endelige ligevægtstemperatur så op eller ned?
Forudsigelser at afveje
- En større varm blok hæver den endelige ligevægtstemperatur.
- En større varm blok sænker den endelige ligevægtstemperatur.
- Den endelige temperatur afhænger ikke af aluminiumsblokkens masse.
Variablers roller
Det, du indstiller:
- Aluminiums masse m₂ (kg)
Det, du måler:
- Ligevægtstemperatur T_eq (K)
Sådan forløber undersøgelsen
- Åbn forudstillingen hot-cold-mix, og tryk på Nulstil. 1 kg vand ved 290 K (body1) blandes med en aluminiumsblok ved 400 K (body2).
- Slå ligevægtstemperatursaflæsningen til.
- Indstil aluminiumsblokkens masse for hvert forsøg, og notér ligevægtstemperaturen.
Styrende ligning
Kalorimetrisk ligevægtstemperatur — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Når to legemer udveksler varme uden tab til omgivelserne, finder de hvile ved en vægtet middeltemperatur — vægtet med hvert legemes varmekapacitet m·c, ikke blot dets masse.
Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud
- Beregn for ét forsøg T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) med vand m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K, og aluminium c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Sammenlign med tabellen.
- Forklar, hvorfor en større masse af den varme blok trækker ligevægtstemperaturen højere op, selvom dens specifikke varmekapacitet (900 J/(kg·K)) er meget lavere end vandets (4186 J/(kg·K)).
Hvor det viser sig uden for laboratoriet
- Vand har usædvanligt høj specifik varmekapacitet sammenlignet med de fleste materialer. Forklar, hvorfor kystklimaer typisk har mildere temperaturudsving end indlandsområder, med den samme energi-balance-idé som i dette eksperiment.
- Varmen afgivet af aluminiumsblokken bør præcis være lig med varmen optaget af vandet (energibevarelse, uden tab til omgivelserne). Verificér det for ét forsøg ved hjælp af Q = mcΔT for hvert legeme.
- 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
- Velkommen til Varmt og koldt
- Vælg det kolde legeme
- Tryk på Afspil
- Blanding til én temperatur
- Åbn egenskabspanelet
- Du klarede det!
Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.
Åbn interaktivt laboratorium →