Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Zmeny fázy spotrebúvajú energiu
- Rovnováha existuje v bode topenia
- Pridajte viac tepla alebo trochu tlaku
Ak sa teplota okolia okolo kúska ľadu zvýši, zvýši sa aj teplota ľadu. Toto stále zvyšovanie teploty sa však zastaví, len čo ľad dosiahne svoju teplotu topenia. V tomto okamihu ľad prechádza zmenou stavu a zmení sa na tekutú vodu a jeho teplota sa nezmení, až kým sa všetko neroztopí. Môžete to otestovať pomocou jednoduchého experimentu. Nechajte šálku kocky ľadu v horúcom aute a sledujte teplotu pomocou teplomera. Zistíte, že ľadová voda zostáva na mrazivej teplote 32 stupňov Celzia (0 stupňov Celzia), kým sa všetka voda neroztopí. Keď sa to stane, všimnete si rýchle zvýšenie teploty, pretože voda naďalej absorbuje teplo z vnútra vozidla.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Keď zahrievate ľad, jeho teplota stúpa, ale akonáhle sa ľad začne topiť, teplota zostáva konštantná, až kým sa všetok ľad neroztopí. To sa deje preto, že všetka tepelná energia prechádza do zlomu väzieb štruktúry kryštálovej mriežky.
Zmeny fázy spotrebúvajú energiu
Keď zahrievate ľad, jednotlivé molekuly získajú kinetickú energiu, ale kým teplota nedosiahne teplotu topenia, nemajú energiu na prerušenie väzieb, ktoré ich držia v kryštalickej štruktúre. Keď pridáte teplo, rýchlejšie vibrujú v rámci svojich obmedzení a teplota ľadu stúpa. V kritickom bode - bod topenia - získavajú dostatok energie na to, aby sa uvoľnili. Ak sa tak stane, všetka tepelná energia pridaná do ľadu je absorbovaná H2O fáza meniaca molekuly. Nezostáva nič, aby sa zvýšila kinetická energia molekúl v tekutom stave, až kým sa nenarušia všetky väzby, ktoré drží molekuly v kryštalickej štruktúre. V dôsledku toho teplota zostáva konštantná, kým sa všetok ľad neroztopí.
To isté sa stane, keď ohrievate vodu do bodu varu. Voda sa bude zahrievať, až kým teplota nedosiahne 100 ° C, ale nebude sa zohriať, kým sa všetko nezmení na paru. Pokiaľ zostane kvapalná voda vo vriacej vani, teplota vody je 212 ° F, bez ohľadu na to, ako horúci je plameň pod ňou.
Rovnováha existuje v bode topenia
Možno sa čudujete, prečo sa voda, ktorá sa roztopila, nezohriala, pokiaľ v nej je ľad. Po prvé, toto tvrdenie nie je celkom presné. Ak zahrievate veľkú panvicu plnú vody, ktorá obsahuje jedinú kocku ľadu, voda vzdialená od ľadu sa začne zahrievať, ale v bezprostrednom okolí kocky ľadu zostane teplota konštantná. Jedným zo spôsobov, ako pochopiť, prečo sa to stane, je uvedomiť si, že zatiaľ čo časť ľadu topí, časť vody okolo ľadu znova zamŕza. To vytvára rovnovážny stav, ktorý pomáha udržiavať teplotnú konštantu. Čím viac a viac ľadu sa topí, rýchlosť topenia sa zvyšuje, ale teplota sa nezvyšuje, kým všetok ľad nezmizne.
Pridajte viac tepla alebo trochu tlaku
Je možné vytvoriť viac či menej lineárne zvýšenie teploty, ak pridáte dostatok tepla. Napríklad položte panvicu ľadu na oheň a zaznamenajte teplotu. Pravdepodobne si nevšimnete veľa oneskorenia v bode topenia, pretože množstvo tepla ovplyvňuje rýchlosť topenia. Ak pridáte dostatok tepla, ľad sa môže spontánne topiť.
Ak ste vriacou vodou, môžete zvýšením teploty kvapaliny v panvici zvýšiť tlak. Jedným zo spôsobov, ako to dosiahnuť, je zadržať paru v uzavretom priestore. Týmto spôsobom je pre molekuly zložitejšie zmeniť fázu a zostanú v tekutom stave, kým teplota vody stúpne nad bod varu. Toto je myšlienka tlakových hrncov.