Tepelná rovnováha
Prečo horúci čaj ochladíš dúškom studeného mlieka a obe kvapaliny skončia na spoločnej teplote?
Čo sa naučíš
- Vypočítam výslednú teplotu zmesi.
- Overím, že odovzdané a prijaté teplo majú rovnakú veľkosť.
Experiment
0,2 kg vody pri 80 °C a 0,3 kg pri 20 °C sa stretnú pri 44 °C. Teplo odovzdané sa rovná teplu prijatému. Nádoba v modeli energiu neberie.
Načítavam simuláciu…
Vyskúšaj
Na akej teplote sa stretne 0,2 kg a 0,3 kg vody?
Vypočítať 44 °C.
- Spočítaj (0,2·80 + 0,3·20) / 0,5.
- Nastav pokus.
- Porovnaj výslednú teplotu a obe teplá.
Výsledná teplota je 44 °C.
Overenie pochopenia
Zmiešaš 1 kg vody pri 10 °C a 1 kg vody pri 30 °C. Aká bude spoločná teplota?
V izolovanej sústave je teplo odovzdané:
Vysvetlenie
Výsledná teplota leží medzi 20 °C a 80 °C, bližšie k väčšej hmotnosti studenej vody. Dva výstupy tepla sa líšia len znamienkom smeru, veľkosťou sedia.
Ak sústava neodovzdá energiu von, energia, o ktorú príde horúca vzorka, pribudne studenej. Pri rovnakom c je výsledná teplota vážený priemer. Väčšia hmotnosť ťahá výsledok k svojej teplote. Rovnováha nastane, keď sa teploty vyrovnajú a prestane prenos tepla.
Pojmy
- Tepelná rovnováha
- Stav, v ktorom si telesá už teplo neodovzdávajú, lebo majú rovnakú teplotu.
- Izolovaná sústava
- Sústavu neopúšťa energia. V škole to znamená dobre izolovanú nádobu.
Príklad
Kovový valec z vriacej vody vložený do studenej vody v kalorimetri skončí s vodou na spoločnej teplote. Z nej sa dá dopočítať c kovu.
Čo sa často mýli
- Výsledok nie je aritmetický priemer 50 °C, keď sú hmotnosti rôzne.
- Teplo odovzdané nie je stratené. Prijala ho druhá vzorka.
Čo model zjednodušuje
Nádoba má nulovú tepelnú kapacitu. Premena skupenstva sa nerieši. Ak vyjde teplota vody mimo 0 až 100 °C, model na to upozorní.
Vzorce
Bilancia tepla
Teplo odovzdané sa rovná teplu prijatému.
- t
- spoločná teplota, °C
- m
- hmotnosť, kg
- c
- merná tepelná kapacita, J/(kg·K)
Kedy platí: Izolovaná sústava, stále c, bez zmeny skupenstva a bez tepla nádoby.