414. Kylmää maitoa kuumaan juomalasiin
Juomalasit ovat tulleet juuri pesukoneesta ja ovat 45 celsiusasteen lämpötilassa. Opiskelija kaataa lasiin 2,5 dl maitoa 8,0 celsiusasteen lämpötilassa. Hän havaitsee maidon lämpötilan nousevan noin 13 asteeseen. Opiskelija arvioi maidon vastaavan vettä lämpöominaisuuksiltaan ja tekee pikaisen laskelman juomalasin lämpökapasiteetista. Minkä tuloksen hän saa?
Ratkaisu:
Maito vastaanottaa lämmön [[$ Q_m=cm\Delta T_m $]]. Ominaislämpökapasiteetti on [[$ c=4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}} $]] ja massa [[$ m=0,25 \text{ kg} $]]
Maidon lämpötilan muutos on [[$ \Delta T_m = 13 ^\circ \text{C}-8,0 ^\circ \text{C}=5,0^\circ \text{C} $]].
Lasi jäähtyy ja luovuttaa lämmön [[$ Q_l=C\Delta T_l $]]. C on lasin lämpökapasiteetti.
Lasin lämpötilan muutos on. [[$ \Delta T_l = 45 ^\circ \text{C}-13 ^\circ \text{C}=32^\circ \text{C} $]].
Systeemi on eristetty, joten lasin luovuttama lämpö on yhtä suuri kuin maidon vastaanottama. Kirjoitetaan tämä yhtälönä ja ratkaistaan lämpökapasiteetti.
Ratkaisu:
Maito vastaanottaa lämmön [[$ Q_m=cm\Delta T_m $]]. Ominaislämpökapasiteetti on [[$ c=4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}} $]] ja massa [[$ m=0,25 \text{ kg} $]]
Maidon lämpötilan muutos on [[$ \Delta T_m = 13 ^\circ \text{C}-8,0 ^\circ \text{C}=5,0^\circ \text{C} $]].
Lasi jäähtyy ja luovuttaa lämmön [[$ Q_l=C\Delta T_l $]]. C on lasin lämpökapasiteetti.
Lasin lämpötilan muutos on. [[$ \Delta T_l = 45 ^\circ \text{C}-13 ^\circ \text{C}=32^\circ \text{C} $]].
Systeemi on eristetty, joten lasin luovuttama lämpö on yhtä suuri kuin maidon vastaanottama. Kirjoitetaan tämä yhtälönä ja ratkaistaan lämpökapasiteetti.
[[$ \begin{align*}Q_l&=Q_m \\
C\Delta T_l&=cm \Delta T_m&\\
C&=\dfrac{cm \Delta T_m}{\Delta T_l} \\
C&=\dfrac{4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}}\cdot 0,25 \text{ kg}\cdot 5,0 ^\circ \text{C}}{32^\circ \text{C}}=163,67\dots \frac {\text{J}}{^\circ \text{C}}\approx 160 \frac {\text{J}}{^\circ \text{C}}
\end{align*} $]]