Jawaban:

Untuk menentukan kesetimbangan temperatur yang terjadi dalam proses heat treatment ini, kita dapat menggunakan hukum kekekalan energi.

Pertama, kita perlu menghitung energi yang hilang oleh baja saat mencapai kesetimbangan dengan air. Kita dapat menggunakan rumus:

\(Q = mc\Delta T\)

di mana:

Q = energi yang hilang atau ditransfer (dalam Joule)

m = massa baja (dalam kg)

c = kapasitas panas spesifik baja (dalam J/kg°C)

\(\Delta T\) = perubahan temperatur baja (awal - akhir) (dalam °C)

Untuk massa baja, diberikan bahwa massanya adalah 2 kg.

Untuk kapasitas panas spesifik baja, kita asumsikan menggunakan nilai rata-rata sekitar 450 J/kg°C (nilai ini dapat bervariasi tergantung pada jenis baja yang digunakan).

Perubahan temperatur baja dapat dihitung sebagai selisih antara temperatur awal (700°C) dan temperatur air (25°C).

\(\Delta T = 700 - 25 = 675°C\)

Selanjutnya, kita dapat menghitung energi yang hilang:

\(Q = (2 \, \text{kg}) \times (450 \, \text{J/kg°C}) \times (675°C)\)

\(Q = 607,500 \, \text{Joule}\)

Energi yang hilang oleh baja akan ditransfer ke air. Untuk mencapai kesetimbangan, energi yang ditransfer ke air akan meningkatkan suhu air. Oleh karena itu, kita dapat menggunakan rumus yang sama untuk air:

\(Q = mc\Delta T\)

di mana:

m = massa air (dalam kg)

c = kapasitas panas spesifik air (dalam J/kg°C)

\(\Delta T\) = perubahan temperatur air (dalam °C)

Dalam hal ini, massa air yang digunakan adalah 25 L, yang setara dengan 25 kg (karena 1 L air memiliki massa sekitar 1 kg).

Kapasitas panas spesifik air adalah sekitar 4186 J/kg°C.

Kita tidak memiliki nilai perubahan temperatur air yang diketahui. Namun, karena proses mencapai kesetimbangan, perubahan temperatur air akan sama dengan perubahan temperatur baja, yaitu 675°C.

\(Q = (25 \, \text{kg}) \times (4186 \, \text{J/kg°C}) \times (675°C)\)

\(Q = 708,787,500 \, \text{Joule}\)

Karena energi yang hilang oleh baja sama dengan energi yang ditransfer ke air (hukum kekekalan energi), maka:

\(607,500 \, \text{Joule} = 708,787,500 \, \text{Joule}\)

Kesetimbangan temperatur akan tercapai saat energi yang hilang oleh baja sama dengan energi yang ditransfer ke air. Namun, karena energi yang hilang oleh baja lebih rendah daripada energi yang ditransfer ke air dalam kasus ini, temperatur air akan meningkat, sedangkan temperatur baja akan menurun.