417. Veteen upotetun kuuman kiven ominaislämpökapasiteetti

Kiven ominaislämpökapasiteetti määritettiin lämmittäen sitä aluksi vedessä, jonka lämpötila oli 95 °C. Tämän jälkeen kivi siirrettiin nopeasti kalorimetriin, jossa oli 950 g vettä. Kalorimetrin lämpötilaa mitattaessa saatiin oheinen kuvaaja. Kiven massa oli 155 g. Määritä kuvaajaa hyödyntäen kiven ominaislämpökapasiteetti.



Ratkaisu:

Veden lämpötilan muutos määritetään lukemalla kuvaajasta sen loppulämpötila ja alkulämpötila ja vähentämällä ne toisistaan.

​[[$ \Delta T_v = 26{,}1 \text{ }^\circ \text{C}-24{,}4 \text{ }^\circ \text{C}=1{,}7\text{ }^\circ \text{C} $]]​​​.

Vesi vastaanottaa lämmön [[$ Q_v=c_vm_v\Delta T_v $]]​. Ominaislämpökapasiteetti on [[$ c=4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}} $]]​ ja massa [[$ m=0{,}95 \text{ kg} $]]​

Kiven lämpötilan muutos on [[$ \Delta T_k = 95 \text{ }^\circ \text{C}-26{,}1 \text{ }^\circ \text{C}=68{,}9\text{ }^\circ \text{C} $]]​​​​.
Kivi luovuttaa lämmön [[$ Q_k=c_km_k\Delta T_k $]]​. Kiven massa on [[$ m=0{,}155 \text{ kg} $]]​.

Oletetaan systeemi eristetyksi ja astian lämpökapasiteetti hyvin pieneksi. Tällöin kiven luovuttama lämpö on yhtä suuri kuin veden vastaanottama.

[[$ \begin{align*} Q_k&=Q_v\\ c_km_k\Delta T_k&=c_v m_v\Delta T_v\\ c_k&=\dfrac{c_v m_v\Delta T_v}{m_k\Delta T_k}\\ c_k&=\dfrac{4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}}\cdot 0,95 \text{ kg}\cdot 1{,}7 \text{ }^\circ \text{C} }{0{,}155 \text{ kg}\cdot 68{,}9 \text{ }^\circ \text{C} }\\ c_k&= 633{,}62\dots \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}}\approx 630\frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}} \end{align*} $]]​