Termodynamiikka
Kuuman ja kylmän sekoittuminen
Sekoita kuuma ja kylmä kappale; etsi tasapainolämpötila.
Kuuman ja kylmän sekoittuminen – interaktiivinen Termodynamiikka-simulaatio. Sekoita kuuma ja kylmä kappale; etsi tasapainolämpötila. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Lämpötasapaino
Sekoita kuuma ja kylmä kappale; etsi tasapainolämpötila.
Kalorimetria olettaa eristetyyn järjestelmään: lämpimän kappaleen menettämä lämpö on yhtä suuri kuin kylmän saama. Lopullinen lämpötila on alkulämpötilojen massalla painotettu keskiarvo, kun ominaislämpö täsmäävät. Tämä esiasetus käyttää eksplisiittisiä lämpökapasiteetteja tehdäkseen tasapainoon lähestymisen näkyväksi.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq painotettuna mc:llä
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Kuuma alumiinilohko pudotetaan viileämpään veteen. Jos käytät suurempaa alumiinilohkoa (enemmän massaa) samalla lähtölämpötilalla, nouseeko vai laskeeko lopullinen tasapainolämpötila?
Punniteltavat ennusteet
- Suurempi kuuma lohko nostaa lopullista tasapainolämpötilaa.
- Suurempi kuuma lohko laskee lopullista tasapainolämpötilaa.
- Loppulämpötila ei riipu alumiinilohkon massasta.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Alumiinin massa m₂ (kg)
Mitä mittaat:
- Tasapainolämpötila T_eq (K)
Miten tutkimus etenee
- Avaa kuumakylmasekoitus-esiasetus ja paina Nollaa. 1 kg vettä arvossa 290 K (body1) sekoittuu alumiinilohkoon arvossa 400 K (body2).
- Ota käyttöön tasapainolämpötilan lukema.
- Aseta alumiinilohkon massa jokaiselle suoritukselle ja kirjaa tasapainolämpötila.
Hallitseva yhtälö
Kalorimetrinen tasapainolämpötila — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Kun kaksi kappaletta vaihtaa lämpöä ilman menetyksiä ympäristöön, ne asettuvat painotettuun keskilämpötilaan – painotettuna kunkin kappaleen lämpökapasiteetilla m·c, ei pelkällä massalla.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) arvoilla vesi m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K, ja alumiini c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Vertaa taulukkoon.
- Selitä, miksi kuuman lohkon massan lisääminen vetää tasapainolämpötilaa korkeammalle, vaikka sen ominaislämpö (900 J/(kg·K)) on paljon matalampi kuin veden (4186 J/(kg·K)).
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Vedellä on poikkeuksellisen korkea ominaislämpö useimpiin materiaaleihin verrattuna. Selitä, miksi rannikkoseutujen ilmastot kokevat lievempiä lämpötilan vaihteluita kuin sisämaan alueet käyttäen samaa energiatasapaino-ajatusta kuin tämä koe.
- Alumiinilohkon menettämän lämmön pitäisi olla täsmälleen yhtä suuri kuin veden saama lämpö (energian säilyminen, olettaen ettei menetyksiä ympäristöön). Yhdelle suoritukselle varmenna tämä kaavalla Q = mcΔT kummallekin kappaleelle.
- 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
- Tervetuloa kuumakylmasekoitukseen
- Valitse kylmä kappale
- Paina Toista
- Sekoituminen yhteen lämpötilaan
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →