Termodynamikk
Blanding av varmt og kaldt
Bland et varmt og et kaldt legeme; finn likevektstemperaturen.
Blanding av varmt og kaldt — interaktiv Termodynamikk-simulering. Bland et varmt og et kaldt legeme; finn likevektstemperaturen. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Termisk likevekt
Bland et varmt og et kaldt legeme; finn likevektstemperaturen.
Kalorimetri antar et isolert system: varmen tapt av det varme legemet tilsvarer varmen vunnet av det kalde. Slutttemperaturen er den massekortede gjennomsnittet av starttemperaturene når de spesifikke varmekapasitetene matcher. Denne forhåndsinnstillingen bruker eksplisitte varmekapasiteter for å gjøre veien mot likevekt synlig.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq vektet med mc
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
En varm aluminiumsblokk slippes ned i kjøligere vann. Hvis du bruker en større aluminiumsblokk (mer masse) ved samme starttemperatur, går sluttlikevektstemperaturen opp eller ned?
Prediksjoner å veie
- En større varm blokk hever sluttlikevektstemperaturen.
- En større varm blokk senker sluttlikevektstemperaturen.
- Slutttemperaturen avhenger ikke av aluminiumsblokkens masse.
Variabelroller
Hva du setter:
- Aluminiumsmasse m₂ (kg)
Hva du måler:
- Likevektstemperatur T_eq (K)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne varm-kald-blanding-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. 1 kg vann ved 290 K (body1) vil blande med en aluminiumsblokk ved 400 K (body2).
- Aktiver likevektstemperatur-avlesningen.
- Sett aluminiumsblokkens masse for hvert forsøk og registrer likevektstemperaturen.
Styrende likning
Kalorimetrisk likevektstemperatur — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Når to legemer utveksler varme uten tap til omgivelsene, legger de seg på en vektet gjennomsnittstemperatur — vektet etter hvert legemes varmekapasitet m·c, ikke bare massen.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) med vann m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K, og aluminium c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Sammenlign med tabellen.
- Forklar hvorfor økning av den varme blokkens masse trekker likevektstemperaturen høyere, selv om dens spesifikke varmekapasitet (900 J/(kg·K)) er mye lavere enn vannets (4186 J/(kg·K)).
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- Vann har en uvanlig høy spesifikk varmekapasitet sammenlignet med de fleste materialer. Forklar hvorfor kystklimaer tenderer mot mildere temperatursvingninger enn innlandsområder, med den samme energibalansen tankegang som dette eksperimentet.
- Varmen tapt av aluminiumsblokkene bør nøyaktig tilsvare varmen vunnet av vannet (energibevaring, forutsatt ingen tap til omgivelsene). For ett forsøk, verifiser dette med Q = mcΔT for hvert legeme.
- 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
- Velkommen til Varm-kald-blanding
- Velg det kalde legemet
- Trykk Spill av
- Blanding til én temperatur
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.