Termodinamika
Miješanje vrućeg i hladnog
Pomiješaj vruće i hladno tijelo; pronađi temperaturu ravnoteže.
Miješanje vrućeg i hladnog — interaktivna simulacija: Termodinamika. Pomiješaj vruće i hladno tijelo; pronađi temperaturu ravnoteže. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Toplinska ravnoteža
Pomiješaj vruće i hladno tijelo; pronađi temperaturu ravnoteže.
Kalorimetrija pretpostavlja izoliran sustav: toplina izgubljena od toplog tijela jednaka je toplini primljenoj hladnog. Konačna temperatura je masom ponderirana prosječna početnih temperatura kad se specifični toplinski kapaciteti podudaraju. Ovaj postav koristi eksplicitne toplinske kapacitete da približavanje ravnoteži bude vidljivo.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq ponderirano s mc
Sažetak istraživanja
Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij
Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.
Središnje pitanje
Vrući blok aluminija ispušta se u hladniju vodu. Ako koristiš veći blok aluminija (veću masu) na istoj početnoj temperaturi, ide li konačna temperatura ravnoteže gore ili dolje?
Predviđanja za odvagnuti
- Veći vrući blok diže konačnu temperaturu ravnoteže.
- Veći vrući blok spušta konačnu temperaturu ravnoteže.
- Konačna temperatura ne ovisi o masi aluminijevog bloka.
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Masa aluminija m₂ (kg)
Što mjeriš:
- Temperatura ravnoteže T_eq (K)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav hot-cold-mix i pritisni Resetiraj. 1 kg vode na 290 K (body1) miješat će se s blokom aluminija na 400 K (body2).
- Omogući očitanje temperature ravnoteže.
- Postavi masu bloka aluminija za svaki pokušaj i zabilježi temperaturu ravnoteže.
Odgovarajuća jednadžba
Kalorimetrijska temperatura ravnoteže — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Kad dva tijela izmjenjuju topline bez gubitaka u okolinu, smiruju se na ponderiranoj prosječnoj temperaturi — ponderiranoj toplinskim kapacitetom m·c svakog tijela, a ne samo masom.
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Za jedan pokušaj izračunaj T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) koristeći voda m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K, i aluminij c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Usporedi s tablicom.
- Objasni zašto povećanje mase vrućeg bloka vuče temperaturu ravnoteže više, iako je njegov specifični toplinski kapacitet (900 J/(kg·K)) mnogo niži od vode (4186 J/(kg·K)).
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Voda ima neobično visok specifični toplinski kapacitet u usporedbi s većinom materijala. Objasni zašto obalna klima teži blažim promjenama temperature od kontinentalne, koristeći istu ideju energetske ravnoteže kao ovaj pokus.
- Toplina izgubljena od bloka aluminija trebala bi točno odgovarati toplini koju je voda primila (očuvanje energije, uz pretpostavku da nema gubitaka u okolinu). Za jedan pokušaj potvrdi to koristeći Q = mcΔT za svako tijelo.
- 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
- Dobro došli u miješanje vrućeg i hladnog
- Odaberi hladno tijelo
- Pritisni Pokreni
- Miješanje do jedne temperature
- Otvori ploču Svojstva
- Uspjelo ti je!
Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Otvori interaktivni laboratorij →