Lösning 1.1:4

FörberedandeFysik

Det är givet att,

mkula=020kg och Vvatt=015liter.

Begynnelsetemperaturerna är också givna,

Tkula1=273+80K=353K,

och,

Tvatt1=273+20K=293K.

Mängden vatten ges som en volym så värdet hos densiteten för vatten,

vatt=10103kgm3,

hämtas från en tabell och ger,

mvatt=vattVvatt=015kg.

Överförd värme beräknas med,

Q=mcT=mc(T2−T1),

så värdet hos de specifika värmekapaciteterna hos koppar och vatten,

cCu=039kJ(kgK),

och,

cvatt=42kJ(kgK),

måste också hämtas från en tabell.

Kulans temperatur sjunker under temperaturutjämningen och kulan avger värme,

T)kula0 och Qkula0,

medan vattnets temperatur ökar och vattnet tar emot värme från kulan,

(T)vatt0 och Qvatt0

Ingen värme går förlorad till omgivningen så det värme som avges av kulan förs över till vattnet,

Qvatt=−Qkula.

Resten är matematik;

Qvatt=−Qkulamvattcvatt(T2−Tvatt1)=−mkulacCu(T2−Tkula1),

och, T2=mvattcvatt+mkulacCumvattcvattTvatt1+mkulacCuTkula1=300K motsv 28C.

Den slutliga temperaturen, T2 , ligger närmare vattnets begynnelsetemperatur, Tvatt1, än kulans begynnelsetemperatur, Tkula1, eftersom vattnets värmekapacitet,

Cvatt=mvattcvatt=630JK,

är nästan 10 gånger högre än kulans värmekapacitet,

Ckula=mkulacCu=78JK.

Notera att beräkningen är oberoende av valet av temperaturskala. Vi kan byta till en temperaturskala med en annan nollpunkt genom att skriva,

Tkula1=Tkula1+T0,

Tvatt1=Tvatt1+T0.

Den slutliga temperaturen T2 ges då i termer av Tkula1 och Tvatt1 på exakt samma sått som T2 ges i termer av Tkula1 och Tvatt1. Just do it!