Stahlkugel in Wasserbad
Ein wärmeisolierter Behälter enthält 20 Liter Wasser von 20 °C. Dann wird eine Stahlkugel (Durchmesser 10 cm, Temperatur 40 °C, spezifische Wärmekapazität 490 J/(°C kg)) in das Wasserbad eingebracht. Die Wärmekapazität des Behälters kann vernachlässigt werden. Der Wärmeübergangskoeffizient zwischen Kugeloberfläche und Wasser beträgt 1000 W/(K m2). Die Wärmeleitung im Wasser und im Stahl sind zu vernachlässigen, d.h. die beiden Körper sind zu jeder Zeit je überall gleich warm. Wasser hat eine spezifische Wärmekapazität von 4190 J/(°C kg).
- Bestimmen Sie die Endtemperatur des Systems.
- Wie viel Energie wird von der Kugel auf das Wärmebad übertragen?
- Wie viel Entropie wird in diesem Prozess erzeugt?
- Bestimmen Sie für dieses System die Zeitkonstante und die Halbwertszeit (Zeit bis die Temperaturdifferenz auf die Hälfte abgesunken ist).