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輸入計算

數學公式

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結果

最終平衡溫度
44
°C
液體 1 交換的熱量 -30,096 J
液體 2 交換的熱量 30,096 J

這個計算器的用途

當兩種不同溫度的液體在隔熱容器中混合時,熱量會由較熱的液體流向較冷的液體,直到兩者達到相同的最終溫度。本計算器運用能量守恆原理求出這個平衡溫度:較熱液體所釋放的熱量,等於較冷液體所吸收的熱量。無論是水、油類、酒精,或任何你知道比熱容的液體,都能適用。

盛有熱液體與冷液體的兩個燒杯合併為一個燒杯,達到最終溫度
將熱液體與冷液體混合會產生單一的平衡溫度 \(T_f\)。

使用方式

分別輸入兩種液體的質量(公克)、比熱容(J/g·°C)與初始溫度(°C)。計算器會回傳混合後的終溫,以及每種液體交換的熱量。若兩者都是純水,比熱皆取 4.18 J/g·°C;此時公式會簡化為以質量為權重的溫度加權平均。

公式解析

平衡溫度的計算公式為:

$$T_f = \frac{m_1 c_1 T_1 + m_2 c_2 T_2}{m_1 c_1 + m_2 c_2}$$

每一項 \(mcT\) 代表該液體的「熱含量權重」。分子把這些貢獻相加,分母(總熱容量)則將結果正規化。每種液體交換的熱量為 \(Q = mc(T_f - T_i)\);負值表示該液體降溫(放出熱量),正值則表示升溫(吸收熱量)。

熱液體失去的熱量等於冷液體獲得的熱量,在最終溫度處相遇
在平衡時,較熱液體釋放的熱量等於較冷液體吸收的熱量。

範例試算

將 200 g、80°C 的水與 300 g、20°C 的水混合(兩者 \(c\) 皆為 4.18)。分子 \(= 200 \cdot 4.18 \cdot 80 + 300 \cdot 4.18 \cdot 20 = 66{,}880 + 25{,}080 = 91{,}960\)。分母 \(= 200 \cdot 4.18 + 300 \cdot 4.18 = 836 + 1{,}254 = 2{,}090\)。 $$T_f = \frac{91{,}960}{2{,}090} = 44\,°\text{C}$$ 熱水從 80°C 降至 44°C(放出熱量);冷水則從 20°C 升至 44°C。

常見問題

計算是否假設沒有熱量散失到周圍環境?是的。本計算器以理想隔熱系統為模型,因此實際情況下的溫差可能會略低一些。

可以使用任何溫度單位嗎?請使用一致的單位(此處採用 °C)。由於公式本質上是加權平均,使用攝氏即可,無須換算成絕對溫度(K)。

如果兩種液體是同一種物質呢?此時比熱會相互抵消,結果即為兩個溫度以質量為權重的加權平均。

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