ترمودینامیک
اختلاط گرم و سرد
جسم گرم و سرد را مخلوط کنید؛ دمای تعادل را بیابید.
اختلاط گرم و سرد — شبیهسازی تعاملی ترمودینامیک. جسم گرم و سرد را مخلوط کنید؛ دمای تعادل را بیابید. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
تعادل گرمایی
جسم گرم و سرد را مخلوط کنید؛ دمای تعادل را بیابید.
کالریمتری سامانهٔ منزوی را فرض میکند: گرمای دادهٔ جسم گرم برابر گرمای گرفتهٔ جسم سرد است. دمای نهایی میانگین وزنیِ جرمی دماهای اولیه است وقتی گنجایشهای گرمایی ویژه برابرند. این پیشتنظیم از گنجایشهای گرمایی صریح استفاده میکند تا رسیدن به تعادل دیدنی شود.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq وزندار بر حسب mc
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
بلوک داغ آلومینیومی در آب خنکتری انداخته میشود. اگر بلوک بزرگتری (جرم بیشتر) با همان دمای شروع به کار ببرید، دمای تعادل نهایی بالا میرود یا پایین؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- بلوک داغ بزرگتر، دمای تعادل نهایی را بالا میبرد.
- بلوک داغ بزرگتر، دمای تعادل نهایی را پایین میبرد.
- دمای نهایی به جرم بلوک آلومینیم بستگی ندارد.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- جرم آلومینیم m₂ (kg)
آنچه اندازه میگیرید:
- دمای تعادل T_eq (K)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم اختلاط گرم و سرد را باز کنید و Reset بزنید. 1 کیلوگرم آب در 290 K (جسم1) با بلوک آلومینیومی 400 K (جسم2) مخلوط میشود.
- قرائت دمای تعادل را فعال کنید.
- جرم بلوک آلومینیم را برای هر آزمایش تنظیم کنید و دمای تعادل را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
دمای تعادل کالریمتری — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
وقتی دو جسم بیهیچ اتلافی به محیط گرما مبادله میکنند، در دمایی میانگینِ وزندار به آرامش میرسند — وزنشده با گنجایش گرمایی m·c هر جسم، نه فقط جرمش.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) را با آب m₁ = 1 kg و c₁ = 4186 J/(kg·K) و T₁ = 290 K، و آلومینیوم با c₂ = 900 J/(kg·K) و T₂ = 400 K حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا زیادکردن جرم بلوک داغ، دمای تعادل را بالا میبرد، با آنکه گنجایش گرماییاش (900 J/(kg·K)) خیلی کمتر از آب (4186 J/(kg·K)) است.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- آب گنجایش گرمایی ویژهٔ غیرعادی بالایی نسبت به بیشتر مواد دارد. با همان ایدهٔ موازنهٔ انرژی این آزمایش توضیح دهید چرا آبوهوای ساحلی نوسان دمای ملایمتری از مناطق داخلی دارد.
- گرمای ازدسترفتهٔ بلوک آلومینیومی باید دقیقاً برابر گرمای بهدستآمدهٔ آب باشد (پایستگی انرژی، با فرض بدون اتلاف به محیط). برای یک آزمایش، این را با Q = mcΔT برای هر جسم بررسی کنید.
- 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
- به اختلاط گرم و سرد خوش آمدید
- انتخاب جسم سرد
- Play را بفشارید
- مخلوطشدن به یک دما
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.