محاكي منحنيات التسخين وتغيرات الطور
المعادلات في هذه المحاكاة
| m | كتلة الماء m (غرام) | ||
|---|---|---|---|
| c | السعة الحرارية النوعية | الجليد 2.09، والماء السائل 4.18، والبخار 2.01 J/(g·K): يحتاج الماء إلى حرارة لكل درجة أكثر من أي مادة تقريبًا | |
| ΔT | change in temperature | فقط ما دامت هناك حالة واحدة؛ عند تغيّر الحالة تبقى درجة الحرارة ثابتة |
بالقيم الحالية:
| L_f | الحرارة الكامنة للانصهار | 334 J/g: الطاقة اللازمة لتفكيك البلورة دون تسخينها | |
|---|---|---|---|
| L_v | الحرارة الكامنة للتبخر | 2,257 J/g، أي نحو سبعة أضعاف L_f: فصل الجزيئات تمامًا عن بعضها يتطلب أكثر بكثير من مجرد تخفيف ترابطها | |
| Q | الحرارة المضافة حتى الآن | قدرة السخان مضروبة في الزمن |
بالقيم الحالية:
| P | قدرة السخان P (واط؛ القيمة السالبة تبرّد) | الواط الواحد يساوي جول في الثانية | |
|---|---|---|---|
| t | زمن كل مرحلة | فترات الثبات طويلة لأن الحرارة الكامنة كبيرة |
بالقيم الحالية:
كيف تستخدم محاكي منحنيات التسخين
- اضبط كتلة الماء ودرجة حرارته الابتدائية وقدرة المسخّن. يبدأ جليدًا: الجزيئات في بلورة، كل منها يهتز في مكانه، وتهتز أكثر كلما ارتفعت درجة الحرارة.
- عند 0 °C تتوقف درجة الحرارة بينما ينصهر الجليد: تُصرف الحرارة في تفكيك البلورة، وتنفلت الجزيئات واحدًا تلو الآخر إلى السائل. وعند 100 °C تتوقف مجددًا بينما يغلي الماء وتطير الجزيئات كبخار. ويرسم الرسم منحنى التسخين مقابل الحرارة المضافة، فوق المنحنى الكامل بالرمادي، مع درجتيه المستويتين.
- اجعل القدرة سالبة لسحب الحرارة وقطع المنحنى بالعكس، تجميدًا وتكثيفًا. وتجمع المعادلات حرارة كل مرحلة بالحرارات النوعية والكامنة؛ وحاسبة الحرارة النوعية تحسب Q = mcΔT لأي مادة.
الأسئلة الشائعة
لماذا لا تتغير درجة الحرارة أثناء انصهار الجليد؟
لأن كل الحرارة تذهب إلى كسر الروابط التي تمسك الجزيئات في البلورة، لا إلى جعلها تتحرك أسرع. درجة الحرارة تقيس متوسط الطاقة الحركية للجزيئات، ولا تتغير حتى تنصهر آخر قطعة جليد. والحرارة الممتصة هي الحرارة الكامنة للانصهار، 334 J لكل غرام.
ما الحرارة الكامنة؟
الطاقة التي تمتصها مادة أو تطلقها عند تغيير طورها بدرجة حرارة ثابتة. للماء، الحرارة الكامنة للانصهار 334 J/g وللتبخر 2257 J/g. وتُعاد الكميات نفسها عند التجمد والتكثف، ولهذا يحرق البخار أكثر بكثير من الماء المغلي بالدرجة نفسها.
لماذا يستغرق الغليان وقتًا أطول بكثير من الانصهار؟
لأن الحرارة الكامنة للتبخر نحو سبعة أضعاف حرارة الانصهار. الانصهار يرخي الجزيئات فقط لتتمكن من الانزلاق؛ أما الغليان فيجب أن يفصلها تمامًا متغلبًا على التجاذب بينها. رفع 100 g من الماء من 0 °C حتى الغليان يكلف 42 kJ؛ وتبخيرها كلها 226 kJ أخرى.
كيف أحسب حرارة منحنى تسخين؟
اجمع كل مرحلة: تسخين الجليد (m × 2.09 × ΔT)، وصهره (m × 334)، وتسخين الماء (m × 4.18 × ΔT)، وغليه (m × 2257)، وتسخين البخار (m × 2.01 × ΔT)، مع m بالغرامات. اقسم على قدرة المسخّن بالواط لتحصل على الزمن بالثواني؛ والمعادلات تحت الرسم تفعل ذلك بإعداداتك.
تقول إن WebGL معطّل.
يحتاج العرض ثلاثي الأبعاد إلى WebGL، وهو موجود في كل المتصفحات الحالية. قد يكون معطّلًا إن كان تسريع العتاد مطفأً في إعدادات المتصفح، أو بسبب برنامج تشغيل رسومي قديم جدًا. فعّل تسريع العتاد أو جرّب متصفحًا آخر.
هل يُرفع أي شيء؟
لا. يرسم متصفحك نفسه المحاكاة بـ WebGL؛ لا يُرسل شيء إلى أي مكان، وتستمر في العمل دون اتصال بعد تحميل الصفحة.