Садржај
Када додате лед врућој води, део топлотне воде топи лед. Преостала топлота загрева ледено хладну воду, али топлу воду хлади током процеса. Коначну температуру смеше можете израчунати ако знате колико сте топле воде започели, заједно са њеном температуром и колико леда сте додали. Два физичка својства - специфична топлота и топлина фузије - тачно одређују како се лед топи и вода хлади.
Специфична топлота
Специфична топлота неке супстанце мери колико енергије треба да повиси температуру. На пример, када додате 1 калорију топлоте у 1 грам воде, загрева се за 1 степен Целзијуса (1,8 степени Фаренхеита). Супротно је кад се вода охлади; грам воде који падне 1 степен Целзијуса губи 1 калорију топлотне енергије. Остале материје имају различиту специфичну топлоту. На пример, потребно је само 0,03 калорије да се загреје грам олова за 1 степен Целзијуса.
Топлина фузије
Посуда са водом губи 1 калорију за сваки степен Целзијуса који се хлади. Међутим, кад достигне нула степени Целзијуса (32 степена Фаренхејта), ситуација се мења - вода се претвара у лед. Овај процес укључује много више топлотне енергије - 79,7 калорија по граму - а температура мешавине воде-леда се не мења док се све не смрзне. Када супстанца прође кроз ову фазу, енергија се назива топлота фузије. Молекули воде губе додатну енергију док се претварају у чврсту супстанцу. Једном када се лед формира, он мења температуру у складу са својом специфичном топлином - 0,49 калорија по степени Целзијуса.
Промјена енергије
Да бисте тачно одредили како се енергија мења када додате лед у топлу воду, потребна вам је маса леда и воде као и температура воде. На пример, због своје специфичне топлотне вредности, један литар топле воде на 75 степени Целзијуса (167 степени Фаренхеита) има 75.000 калорија енергије више од исте количине воде на 0 степени Целзијуса (32 степена Фаренхеита). Додавањем 100 грама леда у воду је потребно 7.970 калорија да би се истопило; расположива енергија постаје 67.030 калорија. Једном када постане вода, 100 грама узима 1 калорију по степену преостале топлоте у топлој води, али топлота се не „изгуби“ - једноставно се преместила у хладну воду.
Промена температуре
Како топла вода губи 7.970 калорија да растопи лед, вода се хлади од 75 до 67 степени Целзијуса (153 степена Фаренхајта). Топла вода губи топлоту, док хладна вода из растопљеног леда добија топлоту. У овом примеру, само 100 грама леда се додаје 1.000 грама воде. Стога врућа вода губи малу количину температуре, док хладна вода загрева већи број степени. Подељивање 67.030 доступних калорија на 1.100 укупних грама воде даје крајњу температуру од око 61 степен Целзијуса (142 степена Фаренхеита). Топла вода губи укупно 14 степени Целзијуса (57 степени Фаренхита), а хладна вода 61 степени Целзијуса. Имајте на уму да резултати зависе од количине леда и топле воде у старту. Ако додате тону леда у 1.000 грама воде, топла вода неће имати довољно топлоте да растопи сав лед.