Θερμοδυναμική
Ανάμειξη ζεστού και κρύου
Ανάμειξε ένα ζεστό και ένα κρύο σώμα· βρες τη θερμοκρασία ισορροπίας.
Ανάμειξη ζεστού και κρύου — διαδραστική προσομοίωση Θερμοδυναμική. Ανάμειξε ένα ζεστό και ένα κρύο σώμα· βρες τη θερμοκρασία ισορροπίας. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.
Θερμική ισορροπία
Ανάμειξε ζεστό και κρύο σώμα· βρες τη θερμοκρασία ισορροπίας.
Η θερμιμετρία υποθέτει απομονωμένο σύστημα: η θερμότητα που χάνει το ζεστό σώμα ισούται με την θερμότητα που κερδίζει το κρύο. Η τελική θερμοκρασία είναι ο σταθμισμένος κατά μάζα μέσος των αρχικών θερμοκρασιών όταν οι ειδικές θερμοχωρητικότητες ταιριάζουν. Αυτή η προεπιλογή χρησιμοποιεί ρητές θερμοχωρητικότητες για να κάνει ορατή την προσέγγιση της ισορροπίας.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq σταθμισμένη κατά mc
Σύνοψη έρευνας
Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο
Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.
Βασική ερώτηση
Ένα ζεστό αλουμινένιο σώμα ρίχνεται σε δροσερότερο νερό. Αν χρησιμοποιήσεις μεγαλύτερο αλουμινένιο σώμα (περισσότερη μάζα) στην ίδια αρχική θερμοκρασία, η τελική θερμοκρασία ισορροπίας ανεβαίνει ή κατεβαίνει;
Προβλέψεις προς σταθμίσει
- Μεγαλύτερο ζεστό σώμα ανεβάζει την τελική θερμοκρασία ισορροπίας.
- Μεγαλύτερο ζεστό σώμα κατεβάζει την τελική θερμοκρασία ισορροπίας.
- Η τελική θερμοκρασία δεν εξαρτάται από τη μάζα του αλουμινένιου σώματος.
Ρόλοι μεταβλητών
Τι ρυθμίζεις:
- Μάζα αλουμινίου m₂ (kg)
Τι μετράς:
- Θερμοκρασία ισορροπίας T_eq (K)
Πώς εκτελείται η έρευνα
- Άνοιξε την προεπιλογή hot-cold-mix και πάτησε Επαναφορά. 1 kg νερού στα 290 K (body1) θα αναμειχθεί με αλουμινένιο σώμα στα 400 K (body2).
- Ενεργοποίησε την ένδειξη θερμοκρασίας ισορροπίας.
- Ρύθμισε τη μάζα του αλουμινένιου σώματος για κάθε δοκιμή και κατέγραψε τη θερμοκρασία ισορροπίας.
Κυρίαρχη εξίσωση
Θερμιμετρική θερμοκρασία ισορροπίας — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Όταν δύο σώματα ανταλλάσσουν θερμότητα χωρίς απώλειες στο περιβάλλον, εγκαθίστανται σε θερμοκρασία σταθμισμένου μέσου — σταθμισμένη με τη θερμοχωρητικότητα m·c κάθε σώματος, όχι μόνο με τη μάζα του.
Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας
- Για μία δοκιμή, υπολόγισε T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) χρησιμοποιώντας νερό m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K, και αλουμίνιο c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Σύγκρινε με τον πίνακα.
- Εξήγησε γιατί η αύξηση της μάζας του ζεστού σώματος τραβά τη θερμοκρασία ισορροπίας υψηλότερα, παρότι η ειδική θερμοχωρητικότητά του (900 J/(kg·K)) είναι πολύ χαμηλότερη από του νερού (4186 J/(kg·K)).
Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο
- Το νερό έχει ασυνήθιστα υψηλή ειδική θερμοχωρητικότητα σε σύγκριση με τα περισσότερα υλικά. Εξήγησε γιατί τα παράλια κλίματα τείνουν να έχουν ηπιότερες διακυμάνσεις θερμοκρασίας από τις εσωτερικές περιοχές, χρησιμοποιώντας την ίδια ιδέα ενεργειακής ισορροπίας με αυτό το πείραμα.
- Η θερμότητα που χάνει το αλουμινένιο σώμα πρέπει να ισούται ακριβώς με τη θερμότητα που κερδίζει το νερό (διατήρηση ενέργειας, υποθέτοντας καμία απώλεια στο περιβάλλον). Για μία δοκιμή, επαλήθευσέ το χρησιμοποιώντας Q = mcΔT για κάθε σώμα.
- 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
- Καλώς όρισες στην Ανάμειξη ζεστού-κρύου
- Επίλεξε το κρύο σώμα
- Πάτησε Αναπαραγωγή
- Ανάμειξη σε μία θερμοκρασία
- Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
- Το κατάφερες!
Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →