کالریمتری: اختلاط گرم و سرد

1 · پیش‌بینی

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؟

2 · آماده‌سازی

  1. 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.
  2. قرائت دمای تعادل را فعال کنید.
  3. جرم بلوک آلومینیم را برای هر آزمایش تنظیم کنید و دمای تعادل را ثبت کنید.

3 · گردآوری داده

جرم آلومینیم m₂ (kg)دمای تعادل T_eq (K)
0.30
0.50
0.80

برای سه آزمایش، دمای تعادل T_eq (محور y) را بر حسب جرم آلومینیم m₂ (محور x) رسم کنید.

4 · تحلیل

  1. 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.
  2. 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.

5 · گسترش

  1. 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.
  2. 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.

فیزیک پشت این آزمایش

دمای تعادل کالریمتری

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.

← بازگشت به آزمایش