Thermodynamique et énergie · AP Physique 2
Simulateur de l’expérience de Joule sur l’équivalent mécanique de la chaleur
Simulez l'expérience phare de Joule paddle-wheel: chute de poids rotation roues paddle à l'intérieur du calorimètre isolé, prouver le travail mécanique convertit à la chaleur à 1 cal = 4.186 J.
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- Dérivés vivants
- Mode projecteur
- Imprimer la feuille de travail
Étape de simulation 3D● 60 FPS
Contrôles des paramètres
kg
m
heures
kg
Dérivations et métriques en direct
Total des travaux mécaniques W
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Chaleur équivalente dans les calories
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La température de l'eau augmente Δt
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Équivalent calorifique J mesuré
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Calcul de la formule en temps réel
Formule de calcul:
--Substitution:
--Régime : --
Exemples travaillés et question d'examen Plongée profonde
Problème travaillé
Problème : L'eau tombe à 50m au-dessus d'une cascade. Si toute l'énergie potentielle se convertit en énergie interne, trouvez l'élévation de la température de l'eau.
Dérivation étape par étape :
- mgh = c*m*Δt => Δt = gh/c = 10*50 / 4200 ≈ 0.119°C.
Problème travaillé
Problème : Quelle est la signification historique de l'expérience de Joule sur l'équivalent thermique? Quelle théorie a-t-elle renversée ?
Dérivation étape par étape :
- Inversé la théorie des fluides caloriques dominants, prouvant que la chaleur est une forme d'énergie cinétique moléculaire, établissant la 1ère Loi.
Feuille de travail et problèmes de pratique
Q1. Variante 1: Pourquoi Joule a-t-il enfermé la roue dans un calorimètre isolé à double paroi?
Clé de réponse : Éliminer la conduction de chaleur parasitaire, la convection et les fuites de rayonnement dans l'air ambiant, en veillant à ce que tous les travaux mécaniques se transforment en chaleur de l'eau.
Q2. Variante 2 : Si la masse de chute a un impact sur le plancher avec l'énergie cinétique résiduelle, est-ce que la valeur de J erre élevée ou faible?
Clé de réponse : C'est pas vrai ! L'énergie cinétique non captée se dissipe dans le sol. L'entrée de Mgh théorique calculée donne un rapport W/Q gonflé.
Q3. Variante 3 : Comment les kilojoules alimentaires (kJ) se convertissent-ils en calories alimentaires (kcal)?
Clé de réponse : 1 diététique (kcal) = 1000 physique calories = 4.186 kJ. Par conséquent, 2000 kJ traduit par ~478 Qu'est-ce qui se passe ?
Foire aux questions et idées fausses
Comment la calorie a-t-elle été définie au départ ? Quelle est l'unité SI officielle aujourd'hui?
La chaleur nécessaire pour élever 1 gramme d'eau sans air de 14,5°C à 15,5°C à 1 atm. La SI moderne s'unifie universellement sur la Joule (J).
Est-ce que frotter vos mains ensemble pour les réchauffer équivaut à l'expérience de Joule ?
Principe identique ! Les muscles effectuent des travaux mécaniques contre le frottement de la peau (W = f*s), convertissant 100% en énergie thermique interne.
Qu'est-ce que le comte Rumford a observé des canons ennuyeux qui ont sapé la théorie calorique?
Perceuses d'eau bouillies en continu indéfiniment sans épuiser le canon métallique, prouvant que la chaleur ne peut pas être une matière finie.
Pourriez-vous faire bouillir une tasse d'eau froide en la mélangeant vigoureusement à l'intérieur d'un thermos ?
Théoriquement oui ! Sous une isolation parfaite, le mélangeur de palettes fonctionne en continu pompe l'énergie interne jusqu'à 100°C d'ébullition.