جواب معرکه
پاسخ سوال (۱۵۵):
الف) یک لیوان آب داغ با درب بسته که در محیط آزاد قرار دارد.
نمودار تغییر انرژی:
محور عمودی: انرژی
محور افقی: زمان
نمودار: یک خط با شیب منفی که از یک نقطه بالا شروع میشود و به تدریج به سمت پایین میرود و در نهایت به یک سطح ثابت میرسد.
توصیف:
در ابتدا، لیوان آب داغ دارای انرژی داخلی بالایی است. با گذشت زمان، گرما از طریق درب لیوان (حتی اگر بسته باشد، مقداری انتقال گرما وجود دارد) و دیوارههای آن به محیط اطراف منتقل میشود. این انتقال گرما باعث کاهش انرژی داخلی آب میشود. در نتیجه، دمای آب کاهش مییابد تا زمانی که به دمای محیط برسد. در این نقطه، سیستم به تعادل گرمایی با محیط میرسد و انرژی داخلی آن ثابت میماند.
ب) یک لیوان یخ با درب بسته که در محیط آزاد قرار میگیرد.
نمودار تغییر انرژی:
محور عمودی: انرژی
محور افقی: زمان
نمودار: یک خط با شیب مثبت که از یک نقطه پایین شروع میشود و به تدریج به سمت بالا میرود و در نهایت به یک سطح ثابت میرسد.
توصیف:
در ابتدا، لیوان یخ دارای انرژی داخلی پایینی است. با گذشت زمان، گرما از محیط اطراف به یخ منتقل میشود. این انتقال گرما باعث افزایش انرژی داخلی یخ میشود. در نتیجه، دمای یخ افزایش مییابد و یخ شروع به ذوب شدن میکند. پس از ذوب کامل یخ، دمای آب حاصل همچنان افزایش مییابد تا به دمای محیط برسد. در این نقطه، سیستم به تعادل گرمایی با محیط میرسد و انرژی داخلی آن ثابت میماند.
نکات مهم:
در هر دو حالت، فرض بر این است که لیوان کاملاً عایق نشده و مقداری انتقال گرما با محیط وجود دارد.
در حالت (ب)، انرژی لازم برای ذوب یخ نیز باید در نظر گرفته شود که باعث میشود شیب نمودار در مرحله ذوب شدن کمتر باشد.
در نهایت، در هر دو حالت، سیستم به تعادل گرمایی با محیط میرسد و دمای آن برابر با دمای محیط میشود.