Калориметрия: смешивание горячего и холодного

1 · Прогноз

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?

• Больший горячий брусок поднимает конечную температуру равновесия.
• Больший горячий брусок опускает конечную температуру равновесия.
• Конечная температура не зависит от массы алюминиевого бруска.

2 · Подготовка

1. Откройте пресет смешивания и нажмите «Сброс». 1 kg воды при 290 K (тело 1) смешается с алюминиевым бруском при 400 K (тело 2).
2. Включите показание температуры равновесия.
3. Задайте массу алюминиевого бруска для каждой пробы и запишите температуру равновесия.

3 · Сбор данных

Постройте температуру равновесия T_eq (ось y) против массы алюминия m₂ (ось x) для трёх проб.

4 · Анализ

1. 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.
2. 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)).

5 · Развитие

1. 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.
2. 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.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту