Termodynamika
Mieszanie gorącego i zimnego
Wymieszaj ciało gorące i zimne; wyznacz temperaturę równowagi.
Mieszanie gorącego i zimnego — interaktywna symulacja: Termodynamika. Wymieszaj ciało gorące i zimne; wyznacz temperaturę równowagi. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Równowaga termiczna
Wymieszaj ciało gorące i zimne; wyznacz temperaturę równowagi.
Kalorymetria zakłada układ izolowany: ciepło oddane przez ciepłe ciało równa się ciepłu pobranemu przez zimne. Temperatura końcowa to średnia ważona mas temperatur początkowych, gdy ciepła właściwe są równe. Ten preset używa jawnych pojemności cieplnych, by widoczne było dochodzenie do równowagi.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq ważone przez mc
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Gorący blok aluminiowy wrzucono do chłodniejszej wody. Jeśli użyjesz większego bloku (większej masy) w tej samej temperaturze startowej, temperatura równowagi pójdzie w górę czy w dół?
Prognozy do rozważenia
- Większy gorący blok podnosi temperaturę równowagi.
- Większy gorący blok obniża temperaturę równowagi.
- Temperatura końcowa nie zależy od masy bloku aluminiowego.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Masa aluminium m₂ (kg)
Co mierzysz:
- Temperatura równowagi T_eq (K)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset mieszania i naciśnij Reset. 1 kg wody o 290 K (body1) zmiesza się z blokiem aluminiowym o 400 K (body2).
- Włącz odczyt temperatury równowagi.
- Ustaw masę bloku aluminiowego dla każdej próby i zapisz temperaturę równowagi.
Równanie rządzące
Kalorymetryczna temperatura równowagi — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Gdy dwa ciała wymieniają ciepło bez strat do otoczenia, osiadają na temperaturze średniej ważonej — ważonej pojemnością cieplną każdego ciała m·c, nie samą masą.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂), używając wody m₁ = 1 kg; c₁ = 4186 J/(kg·K); T₁ = 290 K oraz aluminium c₂ = 900 J/(kg·K); T₂ = 400 K. Porównaj z tabelą.
- Wyjaśnij, dlaczego zwiększenie masy gorącego bloku pociąga temperaturę równowagi wyżej, choć jego ciepło właściwe (900 J/(kg·K)) jest dużo niższe niż wody (4186 J/(kg·K)).
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Woda ma niezwykle wysokie ciepło właściwe w porównaniu z większością materiałów. Wyjaśnij, dlaczego klimaty nadmorskie mają łagodniejsze wahania temperatur niż obszary w głębi lądu, tą samą ideą bilansu energii co ten eksperyment.
- Ciepło utracone przez blok aluminiowy powinno dokładnie równać się ciepłu uzyskanemu przez wodę (zachowanie energii, bez strat do otoczenia). Dla jednej próby zweryfikuj to przez Q = mcΔT dla każdego ciała.
- 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
- Witamy w mieszaniu
- Zaznacz ciało zimne
- Naciśnij Play
- Mieszanie do jednej temperatury
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →