Περιεχόμενο
Όταν προσθέτετε πάγο σε ζεστό νερό, κάποια από τη θερμότητα του νερού λιώνει τον πάγο. Η εναπομείνασα θερμότητα θερμαίνει το παγωμένο νερό αλλά ψύχει το ζεστό νερό στη διαδικασία. Μπορείτε να υπολογίσετε την τελική θερμοκρασία του μείγματος εάν γνωρίζετε πόσο ζεστό νερό ξεκινήσατε, μαζί με τη θερμοκρασία του και πόσο πάγος προσθέσατε. Δύο φυσικές ιδιότητες - η ειδική θερμότητα και η θερμότητα σύντηξης - καθορίζουν ακριβώς πώς λιώνει ο πάγος και το νερό κρυώνει.
Ειδική θερμότητα
Η ειδική θερμότητα μιας ουσίας μετρά πόση ενέργεια χρειάζεται για να αυξήσει τη θερμοκρασία της. Για παράδειγμα, όταν προσθέτετε 1 θερμίδα σε 1 γραμμάριο νερού, θερμαίνεται κατά 1 βαθμός Κελσίου (1,8 βαθμούς Φαρενάιτ). Το αντίθετο ισχύει όταν το νερό κρυώσει. ένα γραμμάριο νερού που πέφτει 1 βαθμός Κελσίου χάνει 1 θερμίδα θερμικής ενέργειας. Άλλες ουσίες έχουν διαφορετικές ειδικές θερμότητες. Για παράδειγμα, χρειάζονται μόνο 0,03 θερμίδες για να θερμάνει ένα γραμμάριο μολύβδου κατά 1 βαθμού Κελσίου.
Θερμότητας σύντηξης
Ένα δοχείο νερού χάνει 1 θερμίδα για κάθε βαθμό Κελσίου που δροσίζει. Ωστόσο, όταν φτάσει τους 0 βαθμούς Κελσίου (32 βαθμούς Φαρενάιτ), η κατάσταση αλλάζει - το νερό μετατρέπεται σε πάγο. Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει πολύ περισσότερη θερμική ενέργεια - 79,7 θερμίδες ανά γραμμάριο - και η θερμοκρασία του μείγματος νερού-πάγου δεν αλλάζει μέχρι να παγώσει όλα στερεά. Όταν μια ουσία περνάει από αυτή τη φάση, η ενέργεια ονομάζεται θερμότητα σύντηξης. Τα μόρια του νερού χάνουν επιπλέον ενέργεια, καθώς συσσωρεύονται σε ένα στερεό. Μόλις σχηματιστεί ο πάγος, αλλάζει τη θερμοκρασία σύμφωνα με τη δική του ειδική θερμότητα - 0,49 θερμίδες ανά βαθμό Κελσίου.
Αλλαγή ενέργειας
Για να καθορίσετε ακριβώς πώς αλλάζει η ενέργεια όταν προσθέτετε πάγο στο ζεστό νερό, χρειάζεστε τη μάζα του πάγου και του νερού καθώς και τη θερμοκρασία του νερού. Για παράδειγμα, λόγω της ειδικής θερμικής αξίας του, ένα λίτρο ζεστού νερού στους 75 βαθμούς Κελσίου (167 βαθμούς Κελσίου) έχει 75.000 θερμίδες ενέργειας περισσότερο από την ίδια ποσότητα νερού στους 0 βαθμούς Κελσίου (32 βαθμούς Φαρενάιτ). Προσθέτοντας 100 γραμμάρια πάγου στο νερό χρειάζονται 7.970 θερμίδες για να το λιώσει. η διαθέσιμη ενέργεια γίνεται 67,030 θερμίδες. Μόλις γίνει νερό, τα 100 γραμμάρια καταναλώνουν 1 θερμίδα ανά βαθμό από την εναπομένουσα θερμότητα στο ζεστό νερό, αλλά η θερμότητα δεν «χαθεί» - έχει απλώς μεταφερθεί στο κρύο νερό.
Αλλαγή θερμοκρασίας
Καθώς το ζεστό νερό χάνει 7.970 θερμίδες για να λιώσει ο πάγος, το νερό ψύχεται από 75 έως 67 βαθμούς Κελσίου (153 βαθμούς Φαρενάιτ). Το ζεστό νερό χάνει θερμότητα, ενώ το κρύο νερό από τον λιωμένο πάγο κερδίζει θερμότητα. Σε αυτό το παράδειγμα, προστίθενται μόνο 100 γραμμάρια πάγου σε 1.000 γραμμάρια νερού. Ως εκ τούτου, το ζεστό νερό χάνει μια μικρή ποσότητα θερμοκρασίας, ενώ το κρύο νερό θερμαίνεται με μεγαλύτερο αριθμό βαθμών. Η διαίρεση των 67.030 διαθέσιμων θερμίδων από 1.100 συνολικά γραμμάρια νερού δίνει μια τελική θερμοκρασία περίπου 61 βαθμών Κελσίου (142 βαθμούς Φαρενάιτ). Το ζεστό νερό χάνει συνολικά 14 βαθμούς Κελσίου (57 βαθμούς Φαρενάιτ), και το κρύο νερό κερδίζει 61 βαθμούς Κελσίου. Σημειώστε ότι τα αποτελέσματα εξαρτώνται από το πόσο πάγος και ζεστό νερό έχετε στην αρχή. Αν προσθέσετε έναν τόνο πάγου σε 1.000 γραμμάρια νερού, το ζεστό νερό δεν θα έχει αρκετή θερμότητα για να λιώσει όλο τον πάγο.