Suljettavan styroksiastian ja avoimen lasiastian eristyskykyä tutkittiin. Molempiin kaadettiin 3,0 dl kuumaa vettä vedenkeittimestä. Tämän jälkeen styroksiastia suljettiin ja molempien lämpötilaa mitattiin 60 s ajan. Lämpötilat olivat oheisten mittaustulostaulukkojen mukaiset.

1. Esitä mittaustulokset aika–lämpötila-koordinaatistossa. Kumpi kuvaajista esittää styroksiastiaa?
2. Määritä tulosten perusteella tehot, joilla astioista siirtyi lämpöä ympäristöön.

Aineisto
Taulukko: veden_jaahtyminen.ods (LibreCalc)
Taulukko: veden_jaahtyminen.cmbl (Logger Pro)
Taulukko: veden_jaahtyminen.cap (Capstone)


Ratkaisu:

a. Ohessa on lämpötilojen kuvaajat ajan suhteen. Styroksiastia on avointa lasiastiaa paremmin eristetty, joten siitä siirtyy vähemmän lämpöä pois mittauksen aikana. Kuvaaja 2 (sininen) esittää siis styroksiastiaa, koska sen esittämä lämpötila muuttuu hitaammin.



b. Vesi luovuttaa jäähteyssään lämmön lämmön [[$ Q=cm\Delta T $]]​.
Veden ominaislämpökapasiteetti on [[$ c=4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}} $]]​ ja massa [[$ m=0,30 \text{ kg} $]]​.

Lämpö siirtyy ympäristöön teholla P, joten
[[$ P=\dfrac{Q}{t}\\ P=\dfrac{cm\Delta T}{t}=cm\dfrac{\Delta T}{t} $]]​

Lauseke [[$ \frac{\Delta T}{t} $]]​ on a-kohdassa esitettyjen kuvaajien fysikaalinen kulmakerroin. Kulmakertoimien suuruuksiksi (itseisarvo) määritettiin mittausohjelmistolla

[[$ k_{1}= 0,07407 \frac {^\circ \text{C}}{\text{s}} $]]​ ja
[[$ k_{2}= 0,01767 \frac {^\circ \text{C}}{\text{s}} $]]​.

Lasketaan tehot.
Lasiastia: [[$ P_1=cm\dfrac{\Delta T}{t}=cm k_1=4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}}\cdot 0,30 \text{ kg}\cdot 0,07407 \frac {^\circ \text{C}}{\text{s}} =93,105\dots\text{ W}\approx 93\text{ W} $]]​

Styroksiastia: [[$ P_2=cm\dfrac{\Delta T}{t}=cm k_2=4190 \frac {\text{J}}{\text{kg}\cdot^\circ \text{C}}\cdot 0,30 \text{ kg}\cdot 0,01767 \frac {^\circ \text{C}}{\text{s}} =22,211\dots\text{ W}\approx 22\text{ W} $]]