Solveur de problème de mélanges thermodynamiques

Le calculateur en ligne résoudre les problèmes d'équilibres thermodynamiques, tels que trouver la température finale lors d'un mélange de liquides ou trouver la température nécessaire pour que l'un des liquides atteignent la température finale du mélange. La seule condition est qu'il ne doit y avoir aucune phase de transition (ou changement de phase) des substances. Pour résoudre le problème, il utiliser l'équation d'équilibre thermique, plus de détails ci-dessous.

Equation d'équilibre thermique

Afin d'atteindre l'équilibre thermique, la chaleur est transférée depuis l'objet le plus chaud vers l'objet le plus froid. Les deux objets sont à l'équilibre thermique si aucune chaleur ne circule entre eux lorsqu'ils sont liés par un passage perméable à la chaleur, ils ont tous les deux la même température. Ceci est appelé le principe zéro de la thermodynamique. Un système est dit à l'équilibre thermique avec lui-même si la température au sein du système est spatialement et temporellement uniforme.

Le système thermodynamique est appelé système thermiquement isolé s'il n'échange ni masse ni énergie thermique avec son environnement. En physique, la loi de conservation de l'énergie mentionne que l'énergie totale d'un système isolé dans un cadre de référence reste constant - il est dit qu'elle se conserve au cours du temps.

Le premier principe de thermodynamique peut être énoncé ainsi : durant une interaction entre un système et son environnement, la quantité d'énergie gagnée par le système doit être exactement égale à la quantité d'énergie perdue par l'environnement. Dans le cas d'un système thermiquement isolé, nous pouvons dire que durant une interaction entre les objets à l'intérieur du système (jusqu'à ce qu'il atteigne l'équilibre thermique), la quantité d'énergie gagnée par des objets doit être exactement égale à la quantité d'énergie perdue par les autres objets.

C'est notre équation d'équilibre thermique.

Sous une autre forme :
,
où n - nombre d'objets dans le système.

Ainsi, la somme algébrique de toutes les quantités de chaleur (gagnées et perdues) dans un système thermiquement isolée est égale à zéro.

Si nous remplaçons les quantités de chaleur par la formule décrite ici : Quantité de chaleur, nous obtiendrons l'équation suivante :

,
notez que la température finale de toutes les substances (T1, T2, ... Tn) doit être la même, du fait de l'équilibre thermique.

C'est l'équation utilisée par le calculateur pour trouver la valeur inconnue. De plus, le calculateur peut prendre en compte la quantité de chaleur gagnée ou perdue dans l'environnement. Ceci permet de résoudre une plus large gamme de problèmes.

Pour utiliser le calculateur, vous devez remplir correctement le tableau décrivant les substances interagissant. Les instructions d'usage pour différents scénarios sont listées en-dessous du calculateur.

Solveur de problème de mélanges thermodynamiques

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Substances mélangées

	Substance	Masse, kg	Chaleur spécifique, J/kg*C	Température initiale, C	Température finale, C
						

Chaleur externe

Vous pouvez utiliser ce champ pour four des énergies thermiques (entrantes) connues (utilisez le signe moins, car elles sont apportées par l’environnement) ou des énergies thermiques (sortantes) inconnues (utilisez le signe plus car elles sont libérées dans l'environnement). Zéro représente un système isolé thermiquement et ? (point d'interrogation) représente une valeur inconnue à calculer.

Précision de calcul

Chiffres après la virgule décimale : 1

Calculer

Quantité inconnue

 

Solution

 

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Exemple de problèmes

Il y a un ensemble de problèmes qui peuvent être résolus en utilisant ce calculateur : température finale de liquides mélangés, température nécessaire pour que l'un des liquides atteigne la température finale du mélange, masse nécessaire pour que l'un des liquides atteigne la température finale du mélange, chaleur spécifique inconnue, quantité de chaleur nécessaire, etc.

Voici comment utiliser ce calculateur pour différents types de problèmes.

Exemple 1

600 g de pièced d'argent à 85,0 C sont placées dans 400 g d'eau à 17,0 C dans un calorimètre en laiton de 200 g. La température finale de l'eau dans le calorimètre est de 22,0 C. Quelle est la chaleur spécifique de l'argent ?

Comment utiliser le calculateur :

1. Videz le tableau en appuyant sur le bouton Vider le tableau
2. Ajoutez les lignes suivantes :

Faites attention au point d'interrogation dans la cellule chaleur spécifique de l'argent

3. Le calculateur résout le problème et donne la solution - la chaleur spécifique : 232,3 J/(kg*C), très proche de la valeur du tableau pour la chaleur spécifique de l'argent.

Exemple 2

3 kg d'eau à 20,0 C atteignent le point d'ébullition dans un récipient en aluminium de 1 kg. La chaleur spécifique de l'eau est de 4200 J/(kgC), la chaleur spécifique de l'aluminium est 920 J/(kgC). Quelle est la quantité de chaleur nécessaire ?

Comment utiliser la calculateur :

1. Vider le tableau en appuyant sur le bouton Vider le tableau
2. Ajoutez les lignes suivantes :

3. Saisir ? (point d'interrogation) dans le champ Chaleur.
4. Le calculateur résout le problème et donne la solution - chaleur : -1081600 Joules. Le moins signifie que l'environnement perd cette quantité pour faire bouillir l'eau.

Exemple 3

2 kg de pièces de plombs à 90,0 C sont placées dans 1 kg d'eau à 20,0 C dans un calorimètre en cuivre de 100 g. Quelle est la température finale de l'eau (en assumant qu'il n'y a pas de perte de chaleur dans l'environnement) ?

Comment utiliser la calculateur :

1. Vider le tableau en appuyant sur le bouton Vider le tableau
2. Ajoutez les lignes suivantes :

Faites attention aux points d'interrogation dans toutes les cellules température finale

3. Le calculateur résout le problème et donne la solution - température finale : 24,0 C

Tableau des chaleurs spécifiques

Parfois un problème ne liste pas les chaleurs spécifiques des substances impliquées. Normalement vous pouvez les chercher dans des manuels, mais pour la facilité d'utilisation de cette page, j'ai listée certains d'entre eux ci-dessous.

Sources:

• Wikipédia : Chaleur
• Wikipédia : Equilibre thermodynamique
• Exemples - recherches Internet aléatoires