415. Veden lämmitys kuumilla kivillä

Pesuvettä lämmitetään nuotiossa olleiden kivien avulla. Veden alkulämpötila on 14 °C. Veteen upotetaan kiviä, joiden lämpötila on 220 °C ja lämpökapasiteetti 1,6 kJ/°​C. Kuinka suuri määrä vettä voidaan lämmittää, jos veden loppulämpötilan halutaan olevan 37 °C? Systeemi oletetaan eristetyksi.

Ratkaisu:

Vesi vastaanottaa lämmön [[$ Q_v=cm\Delta T_v $]]​. Ominaislämpökapasiteetti on [[$ c=4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}} $]]​ ja massa m tuntematon.
Veden lämpötilan muutos on ​[[$ \Delta T_v = 37 ^\circ \text{C}-14 ^\circ \text{C}=23^\circ \text{C} $]]​​​.

Kivet jäähtyvät ja luovuttavat lämmön [[$ Q_k=C\Delta T_k $]]​​. Kivien lämpökapasiteetti on [[$ C=1600 \frac {\text{J}}{^\circ \text{C}} $]]​.
Kivien lämpötilan muutos on ​[[$ \Delta T_k = 220 ^\circ \text{C}-37 ^\circ \text{C}=183^\circ \text{C} $]]​​.

Systeemi on eristetty, joten veden vastaanottama lämpö on yhtä suuri kuin kivien luovuttama. Kirjoitetaan tämä yhtälönä ja ratkaistaan veden massa.

[[$ \begin{align*}Q_v&=Q_k \\ cm \Delta T_v&=C\Delta T_k&\\ m&=\dfrac{C \Delta T_k}{c\Delta T_v} \\ m&=\dfrac{1600 \frac {\text{J}}{^\circ \text{C}}\cdot 183 ^\circ \text{C}}{4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}} \cdot 23 ^\circ \text{C} }=3,0382\dots \text{ kg} \approx 3,0 \text{ kg} \end{align*} $]]