Indhold
Når du tilføjer is til varmt vand, smelter noget af vandets varme isen. Den resterende varme varmer det iskolde vand, men afkøler det varme vand i processen. Du kan beregne blandingens endelige temperatur, hvis du ved, hvor meget varmt vand du startede med, sammen med dets temperatur og hvor meget is du tilføjede. To fysiske egenskaber - den specifikke varme og fusionsvarmen - bestemmer nøjagtigt, hvordan isen smelter og vandet afkøles.
Specifik varme
Et stofs specifikke varme måler, hvor meget energi det tager at hæve sin temperatur. For eksempel, når du tilsætter 1 kalorievarme til 1 gram vand, opvarmes det med 1 grad Celsius (1,8 grader Fahrenheit). Det modsatte er sandt, når vand afkøles; et gram vand, der falder 1 grad Celsius, mister 1 kalori varmeenergi. Andre stoffer har forskellige specifikke opvarmninger. For eksempel tager det kun 0,03 kalorier at opvarme et gram bly med 1 grad Celsius.
Fusion Heat
En beholder med vand mister 1 kalori for hver grad Celsius, den afkøles. Men når det når nul grader Celsius (32 grader Fahrenheit), ændrer situationen sig - vand bliver til is. Denne proces involverer meget mere varmeenergi - 79,7 kalorier pr. Gram - og temperaturen i vand-isblandingen ændres ikke, før det hele fryser fast. Når et stof gennemgår denne fase, kaldes energien fusionsvarmen. Vandmolekyler mister ekstra energi, når de klumper sig sammen i et fast stof. Når isen er dannet, ændrer den temperaturen i henhold til sin egen specifikke varme - 0,49 kalorier pr. Grad Celsius.
Energiændring
For at bestemme nøjagtigt, hvordan energien ændres, når du tilføjer is til varmt vand, har du brug for isen og vandets masse samt vandets temperatur. På grund af sin specifikke varmeværdi har en liter varmt vand ved 75 grader Celsius (167 grader Fahrenheit) for eksempel 75.000 kalorier energi mere end den samme mængde vand ved 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). At tilføje 100 gram is til vandet tager 7.970 kalorier for at smelte den; den tilgængelige energi bliver 67.030 kalorier. Når det bliver vand, tager 100 gram 1 kalorie pr. Grad fra den resterende varme i det varme vand, men varmen er ikke "tabt" - den har simpelthen flyttet ud i det kolde vand.
Temperaturændring
Da det varme vand mister 7.970 kalorier for at smelte isen, afkøles vandet fra 75 til 67 grader Celsius (153 grader Fahrenheit). Det varme vand mister varmen, mens det kolde vand fra den smeltede is får varme. I dette eksempel tilsættes kun 100 gram is til 1.000 gram vand. Derfor mister det varme vand en lille mængde temperatur, mens det kolde vand opvarmes med et større antal grader. Opdelning af 67.030 tilgængelige kalorier med 1.100 totale gram vand giver en sluttemperatur på ca. 61 grader Celsius (142 grader Fahrenheit). Det varme vand mister i alt 14 grader Celsius (57 grader Fahrenheit), og det kolde vand får 61 grader celsius. Bemærk, at resultaterne afhænger af, hvor meget is og varmt vand, du har i starten. Hvis du tilsætter et ton is til 1.000 gram vand, har det varme vand ikke nok varme til at smelte al isen.