دما و تعادل گرمایی؛
گرمای از‌دست‌رفته را با گرمای دریافتی تراز کن

روش اجرای کاربرگ

جرم، گرمای ویژه، دمای آغاز و پایان را جدول‌بندی کن. آموزش مفهومی در راهنمای دما و گرما آمده است.

سؤال 1: دما و گرما

پرسش: تفاوت دما و گرما چیست؟

پاسخ: دما کمیتی برای توصیف حالت گرمایی جسم است؛ گرما انرژیِ در حال انتقال به‌علت اختلاف دماست، نه چیزی ذخیره‌شده با نام گرما.

سؤال 2: جهت انتقال

پرسش: دو جسم ۸۰ و ۲۰ درجه در تماس‌اند. انتقال خالص انرژی به کدام سوست؟

پاسخ: از جسم ۸۰ درجه به جسم ۲۰ درجه تا رسیدن به تعادل گرمایی.

سؤال 3: رابطهٔ گرمایی

پرسش: برای تغییر دمای بدون تغییر فاز چه رابطه‌ای به کار می‌رود؟

پاسخ: Q=mcΔT؛ علامت ΔT و Q جهت دریافت یا از دست‌دادن انرژی را نشان می‌دهد.

سؤال 4: محاسبه

پرسش: ۲۰۰g آب با c=4.2J/(g°C) پنج درجه گرم می‌شود. گرمای دریافتی چیست؟

پاسخ: Q=۲۰۰×۴٫۲×۵=۴۲۰۰ ژول.

سؤال 5: گرمای ویژه

پرسش: دو جسم هم‌جرم گرمای برابر می‌گیرند. کدام تغییر دمای کمتری دارد؟

پاسخ: جسمی که گرمای ویژهٔ بیشتری دارد، چون ΔT=Q/(mc).

سؤال 6: تعادل ساده

پرسش: جرم‌های برابر از یک ماده با دماهای ۲۰ و ۶۰ درجه در سامانهٔ عایق مخلوط می‌شوند. دمای نهایی چیست؟

پاسخ: به‌علت جرم و گرمای ویژهٔ برابر، دمای تعادل میانگین یعنی ۴۰ درجه است.

سؤال 7: تراز انرژی

پرسش: در سامانهٔ عایقِ دو جسم، معادلهٔ اصلی چیست؟

پاسخ: جمع گرماهای مبادله‌شده صفر است؛ اندازهٔ گرمای از‌دست‌رفتهٔ جسم گرم با گرمای دریافتی جسم سرد برابر می‌شود.

سؤال 8: بازهٔ جواب

پرسش: دمای تعادل دو جسم بدون تغییر فاز و منبع خارجی باید در چه بازه‌ای باشد؟

پاسخ: میان دمای آغازین سردتر و گرم‌تر؛ خروج از این بازه نشانهٔ خطای علامت یا مدل است.

سؤال 9: تغییر فاز

پرسش: هنگام تغییر فاز در دمای ثابت، انرژی دریافتی چه می‌شود؟

پاسخ: صرف تغییر آرایش و فاز ماده می‌شود و با Q=mL محاسبه می‌شود؛ دما در همان مرحله ثابت می‌ماند.

سؤال 10: مسئله چندمرحله‌ای

پرسش: برای گرم‌کردن یخ تا آب گرم چه مراحلی را جدا می‌کنی؟

پاسخ: گرم‌شدن یخ تا نقطهٔ ذوب، ذوب در دمای ثابت، سپس گرم‌شدن آب؛ گرمای هر مرحله جدا و در پایان جمع می‌شود.

خودتصحیح

دمای تعادل را با بازهٔ دماهای اولیه کنترل کن و در تغییر فاز رابطهٔ mL را از mcΔT جدا نگه دار. برای قانون اول به تمرین ترمودینامیک برو.