Obsah
Keď pridáte ľad do horúcej vody, niektoré z horúcej vody roztopí ľad. Zostávajúce teplo ohrieva ľadovo studenú vodu, ale počas procesu ochladzuje horúcu vodu. Konečnú teplotu zmesi môžete vypočítať, ak viete, s akou horúcou vodou ste začali, spolu s jej teplotou a množstvom pridaného ľadu. Dve fyzikálne vlastnosti - špecifické teplo a teplo fúzie - presne určujú, ako sa topí ľad a voda sa chladí.
Špecifické teplo
Špecifické teplo látky meria to, koľko energie potrebuje na zvýšenie svojej teploty. Napríklad, keď pridáte 1 kalórie tepla do 1 gramu vody, zahrieva sa o 1 stupeň Celzia (1,8 stupňa Fahrenheita). Opak je pravdou, keď sa voda ochladí. gram vody, ktorá klesne o 1 stupeň Celzia, stráca 1 kalórie tepelnej energie. Ostatné látky majú rôzne špecifické zahrievanie. Napríklad na zahriatie gramu olova o 1 stupeň Celzia je potrebných iba 0,03 kalórií.
Teplo fúzie
Obal vody stráca 1 kalórie na každý stupeň Celzia, ktorý ochladzuje. Keď však dosiahne nulu stupňov Celzia (32 stupňov Fahrenheita), situácia sa zmení - voda sa zmení na ľad. Tento proces vyžaduje oveľa viac tepelnej energie - 79,7 kalórií na gram - a teplota zmesi vody a ľadu sa nemení, kým nezmrazí všetku tuhú látku. Keď látka prechádza touto fázou, energia sa nazýva teplo fúzie. Molekuly vody strácajú ďalšiu energiu, keď sa zhlukujú na pevnú látku. Po vytvorení ľadu mení teplotu podľa vlastného špecifického tepla - 0,49 kalórií na stupeň Celzia.
Energetická zmena
Na presné určenie, ako sa energia mení, keď pridávate ľad do horúcej vody, potrebujete množstvo ľadu a vody, ako aj teplotu vody. Napríklad z dôvodu svojej špecifickej hodnoty tepla má jeden liter horúcej vody pri teplote 75 stupňov Celzia (167 stupňov Fahrenheita) 75 000 kalórií energie viac ako rovnaké množstvo vody pri teplote 0 stupňov Celzia (32 stupňov Celzia). Pridanie 100 gramov ľadu do vody vyžaduje jeho rozpustenie 7 970 kalórií; dostupná energia sa zmení na 67 030 kalórií. Akonáhle sa stane vodou, 100 gramov spotrebuje 1 kalórií za stupeň zo zvyšného tepla v horúcej vode, ale teplo sa „nestratí“ - jednoducho sa presunulo do studenej vody.
Zmena teploty
Keď horúca voda stráca 7 970 kalórií na roztopenie ľadu, voda sa ochladzuje od 75 do 67 stupňov Celzia (153 stupňov Fahrenheita). Horúca voda stráca teplo, zatiaľ čo studená voda z roztopeného ľadu získava teplo. V tomto príklade sa pridá iba 100 gramov ľadu k 1 000 gramom vody. Horúca voda preto stráca malé množstvo teploty, zatiaľ čo studená voda sa ohrieva o väčší počet stupňov. Rozdelením 67 030 dostupných kalórií na 1 100 celkových gramov vody sa dosiahne konečná teplota asi 61 stupňov Celzia (142 stupňov Celzia). Horúca voda stráca celkom 14 stupňov Celzia (57 stupňov Fahrenheita) a studená voda dosahuje 61 stupňov Celzia. Upozorňujeme, že výsledky závisia od toho, koľko ľadu a horúcej vody máte na začiatku. Ak pridáte tonu ľadu do 1 000 gramov vody, horúca voda nebude mať dostatok tepla na to, aby rozpustila všetok ľad.