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输入计算

数学公式

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结果

最终平衡温度
44
°C
物质1热容(m1·c1) 837.2 J/°C
物质2热容(m2·c2) 1,255.8 J/°C
物质1吸收/放出的热量(Q1) -30,139.2 J
物质2吸收/放出的热量(Q2) 30,139.2 J

什么是热平衡?

当两个温度不同的物体或物质在一个绝热系统中相互接触时,热量会从温度较高的一方流向温度较低的一方,直到两者达到同一个共同温度,这个温度就叫作热平衡温度。本计算器根据每种物质的质量、比热容和初始温度,求出最终的平衡温度——这是物理和化学量热学中的经典问题。

温度不同的两种物质接触后达到共同温度
热量从较热的物质流向较冷的物质,直到两者达到同一个平衡温度。

如何使用本计算器

分别输入两种物质的质量、比热容和初始温度。注意单位要保持统一:如果质量用克(g),比热容就用 J/g·°C(水约为 \(4.186\ \text{J/g}\cdot°\text{C}\))。计算结果会给出平衡温度,以及每种物质的热容和它吸收或放出的热量(Q)。Q 为负值表示该物质放热(温度下降);Q 为正值表示它吸热(温度上升)。

公式详解

根据能量守恒,高温物质放出的热量应等于低温物质吸收的热量:$$m_1 c_1 (T_f - T_1) + m_2 c_2 (T_f - T_2) = 0$$解出 \(T_f\),即得到以热容为权重的两个温度的加权平均值:

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

其中乘积 \(m \cdot c\) 就是热容——热容越大,最终温度就越偏向该物质的初始温度。

能量平衡:热物质失去的热量等于冷物质获得的热量
在平衡状态下,较热物质失去的热量等于较冷物质获得的热量。

实例演算

将 200 g、80 °C 的水与 300 g、20 °C 的水混合(两者比热容均为 \(c = 4.186\ \text{J/g}\cdot°\text{C}\))。两者的热容分别为 837.2 和 1255.8 J/°C。$$T_f = \frac{837.2 \times 80 + 1255.8 \times 20}{837.2 + 1255.8} = \frac{66976 + 25116}{2093} = \frac{92092}{2093} \approx 44\ °\text{C}$$

常见问题

计算是否假设没有热量损失?是的——本工具假设一个完全绝热的系统,没有热量散失到周围环境或容器中。

可以用开尔文(K)作单位吗?可以。由于公式本质上是加权平均,只要两个温度使用相同的单位,最终结果就会以你输入的温度单位给出。

如果两种物质不同怎么办?只需分别填入每种物质各自的比热容即可——例如把金属(铜的 \(c \approx 0.385\))投入水中,计算方式完全相同。

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