Zadanie Zadanie 7.5.4: Doświadczalny bilans cieplny z uwzględnieniem strat do otoczenia

Punkty
4 pkt
Dział
Zjawiska cieplne · Ciepło
Trudność
Poziom trudności: trudne
Eksperymentalny bilans cieplny naczyń aluminiowych z wodą z uwzględnieniem strat do otoczenia.

Treść zadania

W ramach eksperymentu z bilansu cieplnego uczniowie badali wymianę energii między dwoma aluminiowymi naczyniami włożonymi jedno w drugie: - W naczyniu wewnętrznym o masie mn1=100 gm_{n1} = 100\,\text{g} znajduje się gorąca woda o masie mw1=200 gm_{w1} = 200\,\text{g} i temperaturze początkowej t1=90∘Ct_1 = 90^\circ\text{C}. - W naczyniu zewnętrznym o masie mn2=250 gm_{n2} = 250\,\text{g} znajduje się chłodna woda o masie mw2=300 gm_{w2} = 300\,\text{g} i temperaturze początkowej t2=18∘Ct_2 = 18^\circ\text{C}. Ciepło właściwe aluminium wynosi cAl=900 Jkg⋅Kc_{\text{Al}} = 900\,\frac{\text{J}}{\text{kg}\cdot\text{K}}, a ciepło właściwe wody cw=4200 Jkg⋅Kc_w = 4200\,\frac{\text{J}}{\text{kg}\cdot\text{K}}. **a)** Oblicz pojemności cieplne C1C_1 (dla wewnętrznego naczynia z gorącą wodą) oraz C2C_2 (dla zewnętrznego naczynia z chłodną wodą). **b)** Oblicz teoretyczną temperaturę równowagi termodynamicznej tkt_k, przy założeniu, że układ nie wymienia ciepła z otoczeniem. **c)** W rzeczywistym doświadczeniu, z powodu nieidealnej izolacji termicznej, ustalona temperatura końcowa wyniosła tpom=42∘Ct_{\text{pom}} = 42^\circ\text{C}. Oblicz ilość ciepła ΔQstrata\Delta Q_{\text{strata}} utraconego bezpowrotnie do otoczenia.

Odpowiedź i wynik końcowy

**a)** C1=930 JKC_1 = 930\,\frac{\text{J}}{\text{K}}, C2=1485 JKC_2 = 1485\,\frac{\text{J}}{\text{K}} **b)** tk≈45,7∘Ct_k \approx 45{,}7^\circ\text{C} **c)** ΔQstrata=9,0 kJ\Delta Q_{\text{strata}} = 9{,}0\,\text{kJ}