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Termodinâmica e calorimetria · AP Physics 2

Simulador do equivalente mecânico do calor de Joule

Simulador do experimento das pás de Joule: equivalente mecânico do calor (1 cal = 4,186 J)

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Cálculo local · Privado
Laboratório interativo de ciências Cálculos matemáticos e físicos puramente locais no navegador sem coleta de dados pessoais.
Janela de simulação 3D● 60 FPS
Predefinições e armadilhas comuns:

Variáveis de controle do experimento

kg
m
vezes
kg

Deduções e métricas em tempo real

Trabalho mecânico total W
--
Calor equivalente em calorias
--
Aumento de temperatura da água Δt
--
Equivalente de calor medido J
--
Dedução de fórmulas em tempo real
Fórmula fundamental: --
Substituição de valores: --
Estado físico: --

Exemplos clássicos e armadilhas de exame

Worked Problem

Problema: Water drops 50m over a waterfall. If all potential energy converts to internal energy, find water temp rise.
Derivação passo a passo:
  1. mgh = c*m*Δt => Δt = gh/c = 10*50 / 4200 ≈ 0.119°C.

Worked Problem

Problema: What is the historic significance of Joule's heat equivalent experiment? What theory did it overturn?
Derivação passo a passo:
  1. Overturned the dominant caloric fluid theory, proving heat is a form of molecular kinetic energy, establishing the 1st Law.

Folha de investigação em aula e exercícios

Q1. Variant 1: Why did Joule enclose the paddle-wheel in an insulated double-walled calorimeter?
Q2. Variant 2: If the falling mass impacts the floor with residual kinetic energy, does measured J err high or low?
Q3. Variant 3: How do food nutritional kilojoules (kJ) convert to nutritional dietary calories (kcal)?

Perguntas frequentes e erros comuns

How was the calorie originally defined? What is the official SI unit today?
The heat required to raise 1 gram of air-free water from 14.5°C to 15.5°C at 1 atm. Modern SI universally standardizes on the Joule (J).
Is rubbing your hands together to warm them equivalent to Joule's experiment?
Identical principle! Muscles perform mechanical work against skin sliding friction (W = f*s), converting 100% to internal thermal energy.
What did Count Rumford observe boring cannon barrels that undermined the caloric theory?
Dull drills continuously boiled water indefinitely without depleting cannon metal, proving heat cannot be a finite material substance.
Could you boil a cup of cold water purely by vigorously blending it inside a thermos?
Theoretically yes! Under perfect insulation, paddle blender mechanical work continuously pumps internal energy until 100°C boiling.