Thermodynamik
Heiß-kalt-Mischen
Mische heißen und kalten Körper; finde Gleichgewichtstemperatur.
Heiß-kalt-Mischen — interaktive Thermodynamik-Simulation. Mische heißen und kalten Körper; finde Gleichgewichtstemperatur. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Thermisches Gleichgewicht
Mische einen heißen und einen kalten Körper; finde die Gleichgewichtstemperatur.
Kalorimetrie geht von einem isolierten System aus: Die vom warmen Körper abgegebene Wärme entspricht der vom kalten Körper aufgenommenen Wärme. Die Endtemperatur ist der massegewichtete Mittelwert der Anfangstemperaturen, wenn die spezifischen Wärmekapazitäten übereinstimmen. Diese Preset nutzt explizite Wärmekapazitäten, um die Annäherung an das Gleichgewicht sichtbar zu machen.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq gewichtet mit mc
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Ein heißer Aluminiumblock wird in kühleres Wasser geworfen. Steigt oder sinkt die endgültige Gleichgewichtstemperatur, wenn Sie einen größeren Aluminiumblock (mehr Masse) bei derselben Ausgangstemperatur verwenden?
Vorhersagen zum Abwägen
- Ein größerer heißer Block erhöht die endgültige Gleichgewichtstemperatur.
- Ein größerer heißer Block senkt die endgültige Gleichgewichtstemperatur.
- Die Endtemperatur hängt nicht von der Masse des Aluminiumblocks ab.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Aluminiummasse m₂ (kg)
Was Sie messen:
- Gleichgewichtstemperatur T_eq (K)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Preset „Heiß-Kalt-Mischung“ und drücken Sie „Zurücksetzen“. 1 kg Wasser bei 290 K (Körper1) vermischt sich mit einem Aluminiumblock bei 400 K (Körper2).
- Aktivieren Sie die Anzeige der Gleichgewichtstemperatur.
- Stellen Sie die Masse des Aluminiumblocks für jeden Versuch ein und notieren Sie die Gleichgewichtstemperatur.
Maßgebende Gleichung
Kalorimetrische Gleichgewichtstemperatur — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Wenn zwei Körper Wärme ohne Verluste an die Umgebung austauschen, bleiben sie bei einer gewichteten Durchschnittstemperatur stehen – gewichtet mit der Wärmekapazität jedes Körpers m·c, nicht nur mit seiner Masse.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) unter Verwendung von Wasser m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K und Aluminium c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum eine Erhöhung der Masse des heißen Blocks die Gleichgewichtstemperatur erhöht, obwohl seine spezifische Wärme (900 J/(kg·K)) viel niedriger ist als die von Wasser (4186 J/(kg·K)).
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Wasser hat im Vergleich zu den meisten Materialien eine ungewöhnlich hohe spezifische Wärme. Erklären Sie, warum das Küstenklima tendenziell mildere Temperaturschwankungen aufweist als in Binnengebieten, und verwenden Sie dabei die gleiche Energiebilanzidee wie in diesem Experiment.
- Die vom Aluminiumblock abgegebene Wärme sollte genau der von Wasser aufgenommenen Wärme entsprechen (Energieerhaltung, unter der Annahme keiner Verluste an die Umgebung). Überprüfen Sie dies für einen Versuch mithilfe von Q = mcΔT für jeden Körper.
- 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
- Willkommen bei Heiß und kalt mischen
- Kalten Körper auswählen
- Abspielen drücken
- Mischen zu einer Temperatur
- Inspektor öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.