열역학
고온·저온 혼합
뜨거운 물체와 차가운 물체를 섞어 평형 온도를 찾으세요.
고온·저온 혼합 — 인터랙티브 열역학 시뮬레이션. 뜨거운 물체와 차가운 물체를 섞어 평형 온도를 찾으세요. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
열 평형
뜨거운 물체와 차가운 물체를 섞어 평형 온도를 구합니다.
열량 측정은 고립계를 가정합니다: 따뜻한 물체가 잃는 열은 차가운 물체가 얻는 열과 같습니다. 비열이 같을 때 최종 온도는 초기 온도의 질량 가중 평균입니다. 이 프리셋은 명시적인 열용량을 사용해 평형에 접근하는 과정을 눈에 보이게 합니다.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq은 mc로 가중
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
뜨거운 알루미늄 블록을 차가운 물에 떨어뜨립니다. 동일한 시작 온도에서 더 큰 알루미늄 블록(더 많은 질량)을 사용하면 최종 평형 온도가 올라가나요, 아니면 내려가나요?
검토할 예측
- 더 큰 핫 블록은 최종 평형 온도를 높입니다.
- 더 큰 핫 블록은 최종 평형 온도를 낮춥니다.
- 최종 온도는 알루미늄 블록의 질량에 의존하지 않습니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 알루미늄 질량 m₂ (kg)
측정하는 것:
- 평형 온도 T_eq (K)
실험 진행 방법
- hot-cold-mix 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 290K(몸체1)의 물 1kg은 400K(몸체2)의 알루미늄 블록과 혼합됩니다.
- 평형 온도 표시를 활성화하세요.
- 각 시행마다 알루미늄 블록의 질량을 설정하고 평형 온도를 기록합니다.
지배방정식
열량계 평형 온도 — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
두 물체가 주변으로의 손실 없이 열을 교환하면, 단순히 질량이 아니라 각 물체의 열용량 m·c로 가중된 평균 온도에서 평형을 이룹니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 한 번의 시행에 대해 물 m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K, 알루미늄 c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K를 사용하여 T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂)를 계산합니다. 표와 비교하세요.
- 뜨거운 블록의 비열(900 J/(kg·K))이 물(4186 J/(kg·K))보다 훨씬 낮음에도 불구하고 뜨거운 블록의 질량을 증가시키면 평형 온도가 더 높아지는 이유를 설명하십시오.
실험 밖에서의 활용
- 물은 대부분의 물질에 비해 비열이 이례적으로 높습니다. 이 실험과 같은 에너지 균형 개념을 이용해, 연안 기후가 내륙 지역보다 온도 변화가 더 완만한 경향이 있는 이유를 설명하세요.
- 알루미늄 블록이 잃은 열은 물이 얻은 열과 정확히 같아야 합니다(주변에 손실이 없다는 가정 하에 에너지 보존). 한 번의 시행에서는 각 몸체에 대해 Q = mcΔT를 사용하여 이를 확인합니다.
- 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
- 뜨거운 것과 차가운 것 혼합에 오신 것을 환영합니다
- 차가운 물체 선택
- 재생을 누르세요
- 하나의 온도로 혼합
- 검사기 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.