15.3.3 Thermisch evenwicht van een mengsel

Als men een warmere stof met een koudere stof mengt, zal er warmte stromen totdat beide stoffen dezelfde temperatuur hebben. Een interessante vraag is hoe hoog deze temperatuur zal zijn. Om dit te beantwoorden, gebruikt men het feit dat de warmtewinst van de koudere stof gelijk is aan het warmteverlies van de warmere stof. Ofwel:

$$Q_2 = -Q_1$$

Vervolgens schrijft men dit uit met behulp van $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$. Het temperatuurverschil kan worden uitgedrukt in de (onbekende) evenwichtstemperatuur, Tew. Nu heeft men een lineaire vergelijking met één onbekende, die kan worden opgelost. Het volgende voorbeeld laat een typische berekening zien.

Voorbeeld: Men gooit een handvol hete aluminium spijkers (m = 150 gram; T = 80˚C) in een bakje met koud water (m = 200 gram; T = 10˚C). De soortelijke warmtecapaciteit van aluminium is 900 J/kg K. Wat is de eindtemperatuur van dit mengsel?

$$Q_w = -Q_{al}$$

$$m_w \cdot c_w \cdot \Delta T_w = -m_{al} \cdot c_{al} \cdot \Delta T_{al}$$

$$0{,}200 \cdot 4180 \cdot (T_{ew} \; – 10) = \; -0{,}0150 \cdot 900 \cdot (T_{ew} \; – 80)$$

$$836 \cdot T_{ew} \; – 8360 = \; -135 \cdot T_{ew} + 10 \,800$$

$$971 \cdot T_{ew} = 19\,160$$

$$T_{ew} = 19{,}7^\circ \text{C}.$$