Thermodynamique
Mélange chaud et froid
Mélangez un corps chaud et un corps froid ; trouvez la température d'équilibre.
Mélange chaud et froid — simulation interactive de Thermodynamique. Mélangez un corps chaud et un corps froid ; trouvez la température d'équilibre. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.
Équilibre thermique
Mélangez un corps chaud et un corps froid ; trouvez la température d'équilibre.
La calorimétrie suppose un système isolé : la chaleur perdue par le corps chaud est égale à la chaleur gagnée par le corps froid. La température finale est la moyenne pondérée par la masse des températures initiales lorsque les chaleurs spécifiques correspondent. Ce préréglage utilise des capacités thermiques explicites pour rendre visible l'approche de l'équilibre.
- Conservation de chaleur Q_lost = Q_gained
- T_eq pondéré par mc
Mémoire d'enquête
Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire
Le brief reprend la page pré-rendue : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.
Question de conduite
Un bloc d'aluminium chaud est plongé dans de l'eau plus froide. Si vous utilisez un bloc d'aluminium plus gros (plus de masse) à la même température de départ, la température d'équilibre finale augmente-t-elle ou diminue-t-elle ?
Des pronostics à peser
- Un bloc chaud plus gros élève la température d’équilibre finale.
- Un bloc chaud plus gros abaisse la température d’équilibre final.
- La température finale ne dépend pas de la masse du bloc d'aluminium.
Rôles variables
Ce que vous définissez :
- Masse d'aluminium m₂ (kg)
Ce que vous mesurez :
- Température d'équilibre T_eq (K)
Comment se déroule l'enquête
- Ouvrez le préréglage de mélange chaud-froid et appuyez sur Réinitialiser. 1 kg d'eau à 290 K (corps1) se mélangera à un bloc d'aluminium à 400 K (corps2).
- Activez la lecture de la température d’équilibre.
- Réglez la masse du bloc d’aluminium pour chaque essai et enregistrez la température d’équilibre.
Équation gouvernante
Température d'équilibre calorimétrique — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Lorsque deux corps échangent de la chaleur sans perte dans l'environnement, ils se stabilisent à une température moyenne pondérée — pondérée par la capacité thermique m·c de chaque corps, et non seulement par sa masse.
Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre
- Pour un essai, calculez T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) en utilisant de l'eau m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K et de l'aluminium c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi l'augmentation de la masse du bloc chaud fait monter la température d'équilibre, même si sa chaleur spécifique (900 J/(kg·K)) est bien inférieure à celle de l'eau (4186 J/(kg·K)).
Où cela apparaît au-delà du laboratoire
- L'eau a une chaleur spécifique inhabituellement élevée par rapport à la plupart des matériaux. Expliquez pourquoi les climats côtiers ont tendance à avoir des variations de température plus douces que les zones intérieures, en utilisant la même idée de bilan énergétique que cette expérience.
- La chaleur perdue par le bloc d'aluminium doit être exactement égale à la chaleur gagnée par l'eau (conservation de l'énergie, en supposant aucune perte vers l'environnement). Pour un essai, vérifiez cela à l'aide de Q = mcΔT pour chaque corps.
- 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
- Bienvenue dans le mélange chaud-froid
- Sélectionnez le corps froid
- Appuyez sur Lecture
- Se mélanger à une seule température
- Ouvrez l'Inspecteur
- Bravo !
Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.
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