Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Faseændringer bruger energi
- Der findes en ligevægt på smeltepunktet
- Tilsæt mere varme eller noget tryk
Hvis omgivelsestemperaturen omkring et stykke is stiger, vil isens temperatur også stige. Denne konstante stigning i temperaturen stopper imidlertid, så snart isen når sit smeltepunkt. På dette tidspunkt gennemgår isen en tilstandsændring og omdannes til flydende vand, og dens temperatur vil ikke ændre sig, indtil det hele er smeltet. Du kan teste dette med et simpelt eksperiment. Efterlad en kop isterninger i en varm bil og overvåg temperaturen med et termometer. Du finder ud af, at det iskolde vand forbliver på en frostig 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius), indtil det hele er smeltet. Når det sker, vil du bemærke en hurtig temperaturstigning, da vandet fortsætter med at absorbere varme fra indersiden af bilen.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Når du varmer is, stiger dens temperatur, men så snart isen begynder at smelte, forbliver temperaturen konstant, indtil al isen er smeltet. Dette sker, fordi al varmeenergien går i at bryde bindingerne i iskrystallitterstrukturen.
Faseændringer bruger energi
Når du varmer is, får de enkelte molekyler kinetisk energi, men indtil temperaturen når smeltepunktet, har de ikke energi til at bryde de bindinger, der holder dem i en krystalstruktur. De vibrerer hurtigere inden for deres rammer, når du tilføjer varme, og temperaturen på isen stiger. På et kritisk punkt - smeltepunktet - får de nok energi til at bryde fri. Når det sker, absorberes al den varmeenergi, der tilføjes isen, af H2O-molekyler, der skifter fase. Der er intet tilbage til at øge molekylernes kinetiske energi i flydende tilstand, indtil alle bindinger, der holder molekylerne i en krystalstruktur, er blevet brudt. Følgelig forbliver temperaturen konstant, indtil al isen er smeltet.
Det samme sker, når du varmer vand til kogepunktet. Vandet opvarmes, indtil temperaturen når 100 ° C, men det bliver ikke varmere, indtil det hele er vendt til damp. Så længe flydende vand forbliver i en kogende pande, er temperaturen på vandet 212 F, uanset hvor varm flammen derunder er.
Der findes en ligevægt på smeltepunktet
Du kan undre dig over, hvorfor vand, der er smeltet, ikke bliver varmere, så længe der er is i det. Først og fremmest er denne udsagn ikke helt nøjagtig. Hvis du varmer en stor pande fuld af vand, der indeholder en enkelt isterning, begynder vandet langt fra isen at varme op, men i det umiddelbare miljø på isterningen vil temperaturen forblive konstant. En måde at forstå, hvorfor dette sker, er at indse, at selvom noget af isen smelter, fryses noget af vandet omkring isen. Dette skaber en ligevægtstilstand, der hjælper med at holde temperaturen konstant. Efterhånden som mere og mere is smelter, øges smeltningshastigheden, men temperaturen går ikke op, indtil al isen er væk.
Tilsæt mere varme eller noget tryk
Det er muligt at skabe en mere eller mindre lineær temperaturstigning, hvis du tilføjer nok varme. For eksempel læg en pande is over et bål og registrere temperaturen. Du vil sandsynligvis ikke bemærke meget af en forsinkelse ved smeltepunktet, fordi mængden af varme påvirker smeltehastigheden. Hvis du tilføjer nok varme, kan isen smelte mere eller mindre spontant.
Hvis du er kogende vand, kan du hæve temperaturen på væsken, der stadig er i gryden, ved at tilføje tryk. En måde at gøre dette på er at begrænse dampen i et lukket rum. Dermed gør du det vanskeligere for molekyler at ændre fase, og de forbliver i væskeform, mens vandtemperaturen stiger forbi kogepunktet. Dette er ideen bag trykkoger.