412. Teräskattilan lämmitys

Hajamielinen opiskelija unohtaa tyhjän 3,0 litran teräskattilan liedelle. Arvioi, kuinka lämpimäksi tyhjä teräskattila lämpenee 2,0 minuutissa, kun lieden keittoalueen teho on 1 200 W ja teräskattilan lämpökapasiteetti on 430 J/°C.

Ratkaisu:

Teräskattila vastaanottaa lämmön [[$ Q=C\Delta T $]]​, jossa lämpökapasiteetti on [[$C= 430 \text{ J/°C}$]]. 

Lämpö siirtyy teräskattilaan ajassa [[$t$]] teholla [[$P$]], joten [[$ P\cdot t =Q. $]]​

Ratkaistaan tästä lämpötilan muutos [[$ \Delta T. $]]​

[[$ \begin{align} \quad Q&=Pt \\[6pt] C\Delta T&=Pt \qquad \|:C \\[6pt] \Delta T &= \dfrac{Pt}{C} \\[6pt] \Delta T&=\dfrac{1 \, 200 \text{ W} \cdot 2{,}0 \cdot 60 \text{ s}}{430 \text{J/°C}} \\[6pt] \Delta T&=334{,}88... \text{°C} \approx 330 \text{°C} \end{align} $]]​

Kattila lämpenee noin 330 °C eli jos kattila on aluksi huonelämpötilassa 20 °C, niin kattilan loppulämpötila on noin 350 °C. Todellisuudessa kattila ei lämpene näin paljoa, sillä laskussa ei huomioitu ympäristöön siirtyvää lämpöä.

Vastaus: Kattila lämpenee noin 350 °C lämpötilaan