Термодинаміка

Змішування гарячого й холодного

Змішайте гаряче й холодне тіло; знайдіть температуру рівноваги.

Змішування гарячого й холодного — інтерактивне моделювання: Термодинаміка. Змішайте гаряче й холодне тіло; знайдіть температуру рівноваги. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Теплова рівновага

Змішайте гаряче й холодне тіло; знайдіть температуру рівноваги.

Калориметрія припускає ізольовану систему: теплота, втрачена теплим тілом, дорівнює теплоті, набутій холодним. Кінцева температура — це середньозважена за масою початкових температур, коли питомі теплоємності збігаються. Цей пресет використовує явні теплоємності, щоб зробити наближення до рівноваги видимим.

• Q_lost = Q_gained
• T_eq зважено на mc

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Гарячий алюмінієвий брусок кидають у холоднішу воду. Якщо взяти більший брусок (більшу масу) за тієї самої початкової температури, кінцева температура рівноваги підійметься чи опуститься?

Прогнози для зважування

• Більший гарячий брусок підіймає кінцеву температуру рівноваги.
• Більший гарячий брусок опускає кінцеву температуру рівноваги.
• Кінцева температура не залежить від маси алюмінієвого бруска.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Маса алюмінію m₂ (kg)

Що ви вимірюєте:

• Температура рівноваги T_eq (K)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет змішування та натисніть «Скинути». 1 кг води при 290 K (тіло 1) змішається з алюмінієвим бруском при 400 K (тіло 2).
2. Увімкніть показ температури рівноваги.
3. Задайте масу алюмінієвого бруска для кожного заміру та запишіть температуру рівноваги.

Керівне рівняння

Калориметрична температура рівноваги — T_eq = Σ mᵢcᵢTᵢ / Σ mᵢcᵢ

Коли два тіла обмінюються теплотою без втрат у оточення, вони осідають на середньозваженій температурі — зваженій теплоємністю кожного тіла m·c, а не лише його масою.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть T_eq = (m₁c₁T₁ + m₂c₂T₂) / (m₁c₁ + m₂c₂) з водою m₁ = 1 кг, c₁ = 4186 J/(kg·K), T₁ = 290 K та алюмінієм c₂ = 900 J/(kg·K), T₂ = 400 K. Порівняйте з таблицею.
• Поясніть, чому збільшення маси гарячого бруска тягне температуру рівноваги вище, хоча його питома теплоємність (900 J/(kg·K)) значно нижча за водяну (4186 J/(kg·K)).

Де це трапляється за межами лабораторії

• Вода має незвично високу питому теплоємність порівняно з більшістю матеріалів. Поясніть, чому прибережні клімати схильні до м'якших коливань температури, ніж континентальні, використовуючи ту саму ідею енергетичного балансу, що й цей експеримент.
• Теплота, втрачена алюмінієвим бруском, має точно дорівнювати теплоті, набутій водою (збереження енергії, без втрат у оточення). Для одного заміру перевірте це, використовуючи Q = mcΔT для кожного тіла.

• 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

1. Вітаємо у змішуванні
2. Виберіть холодне тіло
3. Натисніть «Запустити»
4. Змішування до однієї температури
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Теплота та калориметрія