가열 곡선과 상태 변화 시뮬레이터
이 시뮬레이션의 방정식
| m | 물의 질량 m (그램) | ||
|---|---|---|---|
| c | 비열 용량 | 얼음 2.09, 액체 물 4.18, 수증기 2.01 J/(g·K). 물은 1도 올리는 데 거의 어떤 물질보다 많은 열이 든다 | |
| ΔT | change in temperature | 한 가지 상태일 때만. 상태가 바뀌는 동안에는 온도가 멈춘다 |
현재 값을 넣으면:
| L_f | 융해열 | 334 J/g: 온도를 올리지 않고 결정을 깨뜨리는 에너지 | |
|---|---|---|---|
| L_v | 기화열 | 2,257 J/g, L_f의 거의 일곱 배. 분자를 완전히 떼어 내는 것은 느슨하게 하는 것보다 훨씬 많은 에너지가 든다 | |
| Q | 지금까지 넣은 열 | 히터 출력 × 시간 |
현재 값을 넣으면:
| P | 히터 출력 P (와트, 음수면 냉각) | 1와트는 초당 1줄 | |
|---|---|---|---|
| t | 단계마다 걸리는 시간 | 잠열이 커서 평평한 구간이 길다 |
현재 값을 넣으면:
가열 곡선 시뮬레이터 사용법
- 물의 질량, 처음 온도, 히터 출력을 정합니다. 처음에는 얼음이며, 분자가 결정 속 제자리에서 떨고 있고 온도가 오를수록 더 세게 떱니다.
- 0 °C에서는 얼음이 녹는 동안 온도가 멈춥니다. 열이 결정을 깨는 데 쓰이고 분자가 하나씩 액체로 풀려납니다. 100 °C에서는 물이 끓어 분자가 수증기로 날아가는 동안 다시 멈춥니다. 그래프는 넣은 열에 대한 가열 곡선을 회색 전체 곡선 위에 그리며, 평평한 계단 두 개가 보입니다.
- 출력을 음수로 하면 열을 빼앗아 얼고 응결하며 곡선을 거꾸로 따라갑니다. 식 부분에서는 비열과 잠열로 단계별 열을 더합니다. 비열 계산기로 어떤 물질이든 Q = mcΔT를 구할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
얼음이 녹는 동안 온도가 그대로인 이유는 무엇인가요?
열이 모두 분자를 결정에 붙잡아 두는 결합을 끊는 데 쓰이고, 분자를 더 빨리 움직이게 하는 데는 쓰이지 않기 때문입니다. 온도는 분자의 평균 운동 에너지를 나타내며, 마지막 얼음이 녹을 때까지 변하지 않습니다. 흡수되는 열은 융해열로, 1그램당 334 J입니다.
잠열이란 무엇인가요?
물질이 일정한 온도에서 상태를 바꿀 때 흡수하거나 내놓는 에너지입니다. 물의 융해열은 334 J/g, 기화열은 2,257 J/g입니다. 얼고 응결할 때 같은 양이 다시 나오므로, 같은 온도의 끓는 물보다 수증기에 훨씬 심하게 뎁니다.
끓는 데 녹는 것보다 훨씬 오래 걸리는 이유는 무엇인가요?
기화열이 융해열의 거의 일곱 배이기 때문입니다. 녹을 때는 분자를 서로 미끄러질 만큼만 느슨하게 하지만, 끓을 때는 분자 사이의 인력을 이기고 완전히 떼어 내야 합니다. 물 100 g을 0 °C에서 끓는점까지 올리는 데 42 kJ, 모두 증발시키는 데 226 kJ가 더 듭니다.
가열 곡선의 열은 어떻게 계산하나요?
각 단계를 더합니다. 얼음 데우기 (m × 2.09 × ΔT), 녹이기 (m × 334), 물 데우기 (m × 4.18 × ΔT), 끓이기 (m × 2,257), 수증기 데우기 (m × 2.01 × ΔT)이며 m은 그램입니다. 히터 출력 (와트)으로 나누면 시간 (초)이 나옵니다. 그림 아래 식이 여러분의 설정으로 이 계산을 합니다.
WebGL이 꺼져 있다고 나옵니다.
3D 화면에는 WebGL이 필요하며, 최신 브라우저는 모두 지원합니다. 브라우저 설정에서 하드웨어 가속이 꺼져 있거나 그래픽 드라이버가 매우 오래되면 비활성화될 수 있습니다. 하드웨어 가속을 켜거나 다른 브라우저를 사용해 보세요.
무언가 업로드되나요?
아니요. 시뮬레이션은 사용자의 브라우저가 WebGL로 직접 그립니다. 어디에도 전송되지 않으며, 페이지를 한 번 불러오면 오프라인에서도 계속 작동합니다.