459. Kuuman ja kylmän löylyveden ero

Kiukaan kiville heitetään löylyvettä, joka höyrystyy. Löylyvetenä voidaan käyttää kylmää vettä, jonka lämpötila on 8,0 °​C, tai kuumaa vettä, jonka lämpötila on 55 °​C. Kuinka monta prosenttia enemmän energiaa vaatii kylmän veden höyrystäminen verrattuna kuumaan?

Ratkaisu:

Kiukaan kivet luovuttavat vedelle lämpöä, jolloin se ensin lämpenee kiehumispisteeseen ja höyrystyy sitten.

Lämmetessä veteen siirtyy lämpö ​[[$ Q=cm\Delta T $]]​​.
Veden ominaislämpökapasiteetti on [[$ c_j=4190 \text{ }\frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}} $]]​​​ ja massa m.
Lämpötilan muutos on joko ​[[$ \Delta T_1=100 \text{ } ^\circ \text{C} - 8,0 \text{ } ^\circ \text{C}=92 \text{ } ^\circ \text{C} $]]​​​ tai [[$ \Delta T_2=100 \text{ } ^\circ \text{C} - 55 \text{ } ^\circ \text{C}=45 \text{ } ^\circ \text{C} $]]​​​.
Veden höyrystyessä siirtyy siihen lämpö [[$ Q_r=rm $]]​, jossa veden ominaishöyrystymislämpö on [[$ r=2 \, 260 \, 000 \text{ }\frac {\text{J}}{\text{kg}} $]]​. Höyrystymisen vaatima lämpö on riippumaton veden alkulämpötilasta.

Lasketaan kokonaisenergioiden suhde eri alkulämpötiloilla:

[[$ \dfrac{cm\Delta T_1+rm}{cm\Delta T_2+rm}= \dfrac{c\Delta T_2+r}{c\Delta T_1+r}= \dfrac{4190 \text{ }\frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}}\cdot 45 \text{ } ^\circ \text{C}+2 \, 260 \, 000 \text{ }\frac {\text{J}}{\text{kg}}}{4190 \text{ }\frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}}\cdot 92 \text{ } ^\circ \text{C}+2 \, 260 \, 000 \text{ }\frac {\text{J}}{\text{kg}}} \approx 1,080 ^\circ \text{C}$]]​

Kylmän veden käyttö löylynheitossa vaatii 8 % enemmän energiaa kuin lämpimän.