Thermodynamica
Warm & koud mengen
Meng een heet en een koud lichaam; vind de evenwichtstemperatuur.
Warm & koud mengen — interactieve Thermodynamica-simulatie. Meng een heet en een koud lichaam; vind de evenwichtstemperatuur. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
Thermisch evenwicht
Meng een heet en een koud lichaam; vind de evenwichtstemperatuur.
Calorimetrie gaat uit van een geïsoleerd systeem: de warmte die het warme lichaam verliest is gelijk aan de warmte die het koude opneemt. De eindtemperatuur is het massagewogen gemiddelde van de begintemperaturen als de soortelijke warmtes gelijk zijn. Deze voorinstelling gebruikt expliciete warmtecapaciteiten om de nadering van het evenwicht zichtbaar te maken.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq gewogen met mc
Onderzoeksnota
Plan de vraag voordat je het lab opent
De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.
Leidende vraag
Een heet aluminiumblok wordt in koeler water geworpen. Als je een groter aluminiumblok (meer massa) met dezelfde begintemperatuur gebruikt, gaat de uiteindelijke evenwichtstemperatuur dan omhoog of omlaag?
Voorspellingen om te wegen
- Een groter heet blok brengt de evenwichtstemperatuur hoger.
- Een groter heet blok brengt de evenwichtstemperatuur lager.
- De eindtemperatuur hangt niet af van de massa van het aluminiumblok.
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Massa aluminium m₂ (kg)
Wat je meet:
- Evenwichtstemperatuur T_eq (K)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling hot-cold-mix en druk op Herstel. 1 kg water van 290 K (body1) mengt met een aluminiumblok van 400 K (body2).
- Zet de aflezing van de evenwichtstemperatuur aan.
- Stel voor elke meting de massa van het aluminiumblok in en noteer de evenwichtstemperatuur.
Leidende vergelijking
Calorimetrische evenwichtstemperatuur — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Als twee lichamen warmte uitwisselen zonder verliezen aan de omgeving, belanden ze op een gewogen gemiddelde temperatuur — gewogen met de warmtecapaciteit m·c van elk lichaam, niet alleen met zijn massa.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Reken voor één meting T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) uit met water m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K, en aluminium c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Vergelijk met de tabel.
- Leg uit waarom een grotere massa van het hete blok de evenwichtstemperatuur omhoog trekt, ook al is zijn soortelijke warmte (900 J/(kg·K)) veel lager dan die van water (4186 J/(kg·K)).
Waar dit buiten het lab opduikt
- Water heeft een ongebruikelijk hoge soortelijke warmte vergeleken met de meeste materialen. Leg, met dezelfde energiebalans als in dit experiment, uit waarom kustklimaten doorgaans mildere temperatuurschommelingen hebben dan gebieden landinwaarts.
- De warmte die het aluminiumblok verliest zou exact gelijk moeten zijn aan de warmte die het water opneemt (energiebehoud, uitgaande van geen verliezen aan de omgeving). Controleer dit voor één meting met Q = mcΔT voor elk lichaam.
- 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
- Welkom bij Heet-koud-mengsel
- Selecteer het koude lichaam
- Druk op Start
- Mengen naar één temperatuur
- Open het eigenschappenpaneel
- Gelukt!
Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.