Page 30 - fizica-viii

28 Fenomene termice UNITATEA 1

Termeni-cheie Stabilirea temperaturii de echilibru

⚫ stare inițială − stare finală în sisteme neomogene – extindere în tehnologie
⚫ echilibru termic
⚫ sistem neomogen
Ai observat că?
⚫ Punând cuburi de gheaţă într-un pahar cu ceai, temperatura ceaiului
scade la o valoare de echilibru plăcută simţurilor noastre (fig.1).
⚫ Apa cu care se stropeşte gheaţa unui patinoar îngheaţă dacă tempe-
ratura gheţii este menţinută sub 0 °C cu ajutorul unor maşini frigorifice.
⚫ Atunci când plouă, zăpada se topeşte mai repede.

Ce crezi?
Ce temperatură finală va avea ceaiul aflat la 20 °C, după ce punem în el
aceeaşi masă de gheaţă cu temperatura de 0 °C?

Experimentează!

Fig. 1 – Ceai cu gheață Patru cazuri, într-unul (experiment mintal)
Deşi realizabil, acest experiment este foarte pretenţios şi are multe surse
de erori, motiv pentru care recomandăm abordarea lui ca pe o experienţă
mintală. Imaginează-ţi experimentul, urmărind figurile şi explicaţiile!
⚫ Vei folosi: 4 pahare de silicon de 150 mL fiecare, un marker, un ter-
mometru, un cilindru gradat în mL, apă şi congelator.
⚫ Ce ai de făcut? Notează cu ajutorul markerului paharele cu A, B, C şi
D. Toarnă 100 mL de apă în paharul A, 80 mL în B, 35 mL în C şi 10 mL în
D. Pune paharele în congelator şi aşteaptă cam o zi, timp în care apa din
Fig. 2 – Cazul I: amestecăm foarte pahare să îngheţe şi să se răcească la aproximativ −18 °C. Scoate paharele
multă gheață și puțină apă.
din congelator şi toarnă peste ele următoarele cantităţi de apă de la robinet
(cu temperatura de 16-18 °C): 5mL în paharul A, 15 mL în B, 70 mL în C şi
100 mL în D. Urmăreşte variaţia temperaturii apei în cele patru pahare şi
transformările de stare de agregare care au loc în fiecare. Reprezintă grafic
variaţia temperaturii apei şi a gheţii în funcţie de timp.
⚫ Ce constați? În paharul A (fig.2) apa îngheaţă repede, în timp ce gheaţa
se încălzeşte puţin. Temperatura finală de echilibru va fi sub 0 °C. În paha-
Fig. 3 – Cazul II: amestecăm rul B (fig.3) apa îngheaţă parţial, iar gheaţa se încălzeşte până la 0 °C. În
multă gheață și puțină apă. paharul C (fig.4) apa se răceşte până la 0 °C, iar gheaţa se topeşte parţial. În
paharul D (fig.5) apa se răceşte, iar gheaţa se topeşte. Temperatura finală
de echilibru va fi peste 0 °C.
⚫ Cum îți explici ? În paharul A, fiind mult mai multă gheaţă decât apă,
starea finală a sistemului (starea de agregare şi temperatura) este impusă
de gheaţă. În paharul D, fiind mult mai multă apă decât gheaţă, starea
finală este impusă de apă. În paharele B şi C, cantităţile de apă şi gheaţă
sunt comparabile şi starea finală va fi un amestec de apă cu gheaţă în echi-
Fig. 4 – Cazul III: amestecăm libru termic la 0 °C.
puțină gheață și multă apă. Observație. Sistemele neomogene conţin substanţe în stări de agregare
diferite.
⚫ Surse de erori. Pe lângă dificultăţile tehnice legate de procurarea
materialelor necesare, motivul principal pentru care experimentul decurge
diferit în realitate faţă de teorie este faptul că gheaţa este un izolator termic
bun şi din această cauză temperatura lui se omogenizează foarte lent. În
acest timp sistemul primeşte multă căldură din mediul înconjurător, influ-
enţând evoluţia experimentului.
Fig. 5 – Cazul IV: amestecăm foarte
puțină gheață și multă apă.