Toolyard

Симулятор кривой нагревания и фазовых переходов

Уравнения этой модели

Q = m c ΔT
mМасса воды m (граммы)
cудельная теплоёмкостьлёд 2,09, жидкая вода 4,18, пар 2,01 Дж/(г·К): воде нужно больше тепла на градус, чем почти любому другому веществу
ΔTchange in temperatureтолько пока вещество в одной фазе; при фазовом переходе температура стоит на месте

При текущих значениях:

Q = m L_f (плавление при 0 °C), Q = m L_v (кипение при 100 °C)
L_fудельная теплота плавления334 Дж/г: энергия, чтобы разрушить кристалл, не нагревая его
L_vудельная теплота парообразования2257 Дж/г, почти в семь раз больше L_f: оторвать молекулы друг от друга совсем требует гораздо больше, чем ослабить связи
Qподведённое тепломощность нагревателя, умноженная на время

При текущих значениях:

t = Q ÷ P
PМощность нагревателя P (ватты; отрицательная охлаждает)один ватт — это один джоуль в секунду
tвремя каждого этапаплощадки длинные, потому что скрытые теплоты велики

При текущих значениях:

Как пользоваться симулятором кривой нагревания

  1. Задайте массу воды, начальную температуру и мощность нагревателя. Вначале это лёд: молекулы сидят в кристалле, каждая дрожит на своём месте, и дрожит сильнее с ростом температуры.
  2. При 0 °C температура останавливается, пока лёд тает: тепло идёт на разрушение кристалла, и молекулы по одной вырываются в жидкость. При 100 °C она снова останавливается, пока вода кипит и молекулы улетают паром. График рисует кривую нагревания в зависимости от подведённой теплоты поверх всей кривой серым, с двумя горизонтальными ступенями.
  3. Сделайте мощность отрицательной, чтобы отводить тепло, и пройдите кривую в обратную сторону — замерзание и конденсация. Уравнения складывают теплоту каждого этапа по удельной и скрытой теплоте; Калькулятор удельной теплоёмкости находит Q = mcΔT для любого вещества.

Частые вопросы

Почему температура не меняется, пока лёд тает?

Потому что всё тепло идёт на разрыв связей, удерживающих молекулы в кристалле, а не на их ускорение. Температура измеряет среднюю кинетическую энергию молекул, которая не меняется, пока не растает последний лёд. Поглощённое тепло — скрытая теплота плавления, 334 Дж на каждый грамм.

Что такое скрытая теплота?

Энергия, которую вещество поглощает или отдаёт при смене фазы при постоянной температуре. Для воды удельная теплота плавления — 334 Дж/г, парообразования (кипения) — 2257 Дж/г. Те же количества выделяются при замерзании и конденсации, поэтому пар обжигает гораздо сильнее кипятка той же температуры.

Почему кипение длится гораздо дольше плавления?

Потому что теплота парообразования почти в семь раз больше теплоты плавления. Плавление лишь ослабляет молекулы, чтобы они могли скользить друг мимо друга; кипение должно полностью разделить их вопреки притяжению. Довести 100 г воды от 0 °C до кипения — 42 кДж; выкипятить её всю — ещё 226 кДж.

Как рассчитать теплоту для кривой нагревания?

Сложите все этапы: нагрев льда (m × 2,09 × ΔT), плавление (m × 334), нагрев воды (m × 4,18 × ΔT), кипение (m × 2257) и нагрев пара (m × 2,01 × ΔT), где m в граммах. Разделите на мощность нагревателя в ваттах, чтобы получить время в секундах; уравнения под картинкой делают это для ваших настроек.

Пишет, что WebGL выключен.

Для 3D-вида нужен WebGL, который есть во всех современных браузерах. Он может быть выключен, если в настройках браузера отключено аппаратное ускорение или графический драйвер очень старый. Включите аппаратное ускорение или попробуйте другой браузер.

Загружается ли что-нибудь?

Нет. Симуляцию рисует ваш собственный браузер с помощью WebGL; ничего никуда не отправляется, и после загрузки страницы она работает и офлайн.

Ещё симуляции по химии

Ещё научные симуляции

Симулятор движения тела, брошенного под угломСимулятор маятникаСимулятор опыта с двумя щелямиСимулятор электрического поляСимулятор орбитСимулятор пружинного маятникаСимулятор рассеяния РезерфордаСобытие в коллайдереСимулятор радиоактивного распадаСимулятор атома БораСимулятор диффузии и осмосаПросмотр сворачивания ДНК и РНКСимулятор роста бактерийСимулятор центрифугиСимулятор линз и зеркалСимулятор стоячих волнСимулятор эффекта ДоплераСимулятор столкновений и импульсаСимулятор RC- и RL-цепейСимулятор заряженной частицы в магнитном полеСимулятор излучения абсолютно чёрного телаСимулятор специальной теории относительностиСимулятор преломления и полного внутреннего отраженияСимулятор последовательных и параллельных цепейСимулятор течения жидкости и закона БернуллиСимулятор электромагнитной индукции3D-просмотр атомных орбиталейСимулятор ферментативной кинетикиСимулятор потенциала действияСимулятор ПЦРСимулятор естественного отбора и популяционной генетикиСимулятор сердца и сердечного циклаСимулятор гель-электрофорезаСимулятор митоза и мейозаСимулятор синтеза белка: транскрипция и трансляцияСимулятор фотосинтеза и лимитирующих факторовСимулятор популяций хищников и жертвСимулятор распространения эпидемии: SIR и SEIRСимулятор времён года и продолжительности дняСимулятор тектоники плит и землетрясенийСимулятор фаз Луны, приливов и затменийСимулятор парникового эффектаСимулятор эволюции звёзд и диаграммы Герцшпрунга — РасселаСимулятор доски ГальтонаСимулятор рядов Фурье

Похожие калькуляторы и инструменты