Термодинамика
Смешивание горячего и холодного
Смешайте горячее и холодное тела; найдите температуру равновесия.
Смешивание горячего и холодного — интерактивная симуляция (Термодинамика). Смешайте горячее и холодное тела; найдите температуру равновесия. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Тепловое равновесие
Смешайте горячее и холодное тела; найдите температуру равновесия.
Калориметрия предполагает изолированную систему: теплота, потерянная тёплым телом, равна теплоте, полученной холодным. Конечная температура — взвешенное по массам среднее начальных температур при равных удельных теплоёмкостях. Этот пресет использует явные теплоёмкости, чтобы приближение к равновесию было видно.
- Q_lost = Q_gained
- T_eq взвешено по mc
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Горячий алюминиевый брусок бросают в более холодную воду. Если взять больший брусок (большей массы) при той же начальной температуре, конечная температура равновесия поднимется или опустится?
Прогнозы для взвешивания
- Больший горячий брусок поднимает конечную температуру равновесия.
- Больший горячий брусок опускает конечную температуру равновесия.
- Конечная температура не зависит от массы алюминиевого бруска.
Роли переменных
Что вы задали:
- Масса алюминия m₂ (kg)
Что вы измеряете:
- Температура равновесия T_eq (K)
Как идёт исследование
- Откройте пресет смешивания и нажмите «Сброс». 1 kg воды при 290 K (тело 1) смешается с алюминиевым бруском при 400 K (тело 2).
- Включите показание температуры равновесия.
- Задайте массу алюминиевого бруска для каждой пробы и запишите температуру равновесия.
Определяющее уравнение
Калориметрическая температура равновесия — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
Когда два тела обмениваются теплотой без потерь в окружение, они устанавливаются на взвешенной средней температуре — взвешенной по теплоёмкости каждого тела m·c, а не только по массе.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂), используя воду m₁ = 1 кг; c₁ = 4186 Дж/(кг·К); T₁ = 290 K и алюминий c₂ = 900 Дж/(кг·К); T₂ = 400 K. Сравните с таблицей.
- Объясните, почему рост массы горячего бруска подтягивает температуру равновесия вверх, хотя его удельная теплоёмкость (900 J/(kg·K)) намного ниже воды (4186 J/(kg·K)).
Где это проявляется за пределами лаборатории
- У воды необычно высокая удельная теплоёмкость по сравнению с большинством материалов. Объясните, почему прибрежные климаты склонны к более мягким перепадам температур, чем внутренние районы, используя ту же идею энергетического баланса, что и в этом эксперименте.
- Тепло, потерянное алюминиевым бруском, должно в точности равняться теплу, полученному водой (сохранение энергии, без потерь в окружающую среду). Для одной пробы проверьте это с помощью Q = mcΔT для каждого тела.
- 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
- Добро пожаловать к смешиванию
- Выберите холодное тело
- Нажмите Play
- Смешивание до одной температуры
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →