อุณหพลศาสตร์
ผสมร้อนกับเย็น
ผสมวัตถุร้อนกับวัตถุเย็น แล้วหาอุณหภูมิสมดุล
ผสมร้อนกับเย็น — การจำลองอุณหพลศาสตร์แบบโต้ตอบ ผสมวัตถุร้อนกับวัตถุเย็น แล้วหาอุณหภูมิสมดุล ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
สมดุลความร้อน
ผสมวัตถุร้อนและวัตถุเย็น หาอุณหภูมิสมดุล
แคลอริเมทรีสมมติระบบที่แยกตัว: ความร้อนที่วัตถุอุ่นสูญเสียเท่ากับความร้อนที่วัตถุเย็นได้รับ อุณหภูมิสุดท้ายคือค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักด้วยมวลของอุณหภูมิเริ่มต้นเมื่อความร้อนจำเพาะตรงกัน พรีเซตนี้ใช้ความจุความร้อนที่ชัดเจนเพื่อให้เห็นการเข้าสู่สมดุลได้ชัดเจน
- Q_lost = Q_gained
- T_eq เป็นค่าเฉลี่ยถ่วงน้ำหนักด้วย mc
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ก้อนอะลูมิเนียมร้อนถูกทิ้งลงน้ำที่เย็นกว่า ถ้าใช้ก้อนที่ใหญ่กว่า (มวลมากกว่า) ที่อุณหภูมิเริ่มต้นเดิม อุณหภูมิสมดุลสุดท้ายจะสูงขึ้นหรือต่ำลง
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ก้อนร้อนที่ใหญ่กว่าดันอุณหภูมิสมดุลสุดท้ายขึ้น
- ก้อนร้อนที่ใหญ่กว่าลดอุณหภูมิสมดุลสุดท้าย
- อุณหภูมิสุดท้ายไม่ขึ้นกับมวลก้อนอะลูมิเนียม
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- มวลอะลูมิเนียม m₂ (kg)
สิ่งที่คุณวัด:
- อุณหภูมิสมดุล T_eq (K)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ hot-cold-mix แล้วกดรีเซ็ต น้ำ 1 kg ที่ 290 K (body1) จะผสมกับก้อนอะลูมิเนียมที่ 400 K (body2)
- เปิดค่าแสดงอุณหภูมิสมดุล
- ตั้งมวลก้อนอะลูมิเนียมในแต่ละรอบแล้วบันทึกอุณหภูมิสมดุล
สมการควบคุม
อุณหภูมิสมดุลแบบแคลอรีมิเตอร์ — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ
เมื่อวัตถุสองก้อนแลกเปลี่ยนความร้อนโดยไม่สูญให้สิ่งแวดล้อม พวกมันนิ่งที่อุณหภูมิเฉลี่ยถ่วงน้ำหนัก — ถ่วงด้วยความจุความร้อน m·c ของแต่ละก้อน ไม่ใช่แค่มวล
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) โดยใช้น้ำ m₁ = 1 kg, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K และอะลูมิเนียม c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K เทียบกับตาราง
- อธิบายว่าเหตุใดการเพิ่มมวลก้อนร้อนจึงดันอุณหภูมิสมดุลขึ้น แม้ความร้อนจำเพาะของมัน (900 J/(kg·K)) ต่ำกว่าของน้ำ (4186 J/(kg·K)) มาก
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- น้ำมีความร้อนจำเพาะสูงผิดปกติเทียบกับวัสดุส่วนใหญ่ อธิบายว่าเหตุใดภูมิอากาศชายฝั่งจึงมีอุณหภูมิแกว่งเบากว่าพื้นที่ภายใน โดยใช้แนวคิดสมดุลพลังงานเดียวกับการทดลองนี้
- ความร้อนที่บล็อกอะลูมิเนียมสูญเสียควรเท่ากับความร้อนที่น้ำได้รับพอดี (การอนุรักษ์พลังงาน โดยสมมติไม่มีการสูญเสียสู่รอบข้าง) จงตรวจสอบข้อนี้สำหรับหนึ่งรอบโดยใช้ Q = mcΔT กับทั้งสองวัตถุ
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ ผสมร้อนเย็น
- เลือกวัตถุเย็น
- กดเล่น
- ผสมให้เป็นอุณหภูมิเดียว
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ