Съдържание
Когато добавите лед към гореща вода, част от топлината на водата стопява леда. Останалата топлина затопля леденостудената вода, но охлажда горещата вода в процеса. Можете да изчислите крайната температура на сместа, ако знаете колко гореща вода сте започнали, заедно с нейната температура и колко лед сте добавили. Две физични свойства - специфичната топлина и топлината на синтеза - определят точно как ледът се топи и водата се охлажда.
Специфична топлина
Специфичната топлина на веществото измерва колко енергия е необходима за повишаване на температурата му. Например, когато добавите 1 калория топлина към 1 грам вода, тя се затопля с 1 градус по Целзий (1,8 градуса по Фаренхайт). Обратното е вярно, когато водата се охлажда; грам вода, която пада 1 градус по Целзий, губи 1 калория топлинна енергия. Други вещества имат различна специфична топлина. Например, за загряване на грам олово с 1 градус по Целзий са необходими само 0,03 калории.
Топлина на синтез
Контейнер с вода губи 1 калория за всеки градус по Целзий, който охлажда. Когато обаче достигне нула градуса по Целзий (32 градуса по Фаренхайт), ситуацията се променя - водата се превръща в лед. Този процес включва много повече топлинна енергия - 79,7 калории на грам - и температурата на водно-ледената смес не се променя, докато всичко не замръзне твърдо. Когато веществото преминава през тази фаза, енергията се нарича топлина на синтеза. Водните молекули губят допълнителна енергия, докато се скупчат в твърдо вещество. След като ледът се е образувал, той променя температурата според собствената си специфична топлина - 0,49 калории на градус по Целзий.
Промяна на енергията
За да определите как точно се променя енергията, когато добавите лед към гореща вода, се нуждаете от масата на леда и водата, както и температурата на водата. Например, поради специфичната си топлинна стойност, един литър гореща вода при 75 градуса по Целзий (167 градуса по Фаренхайт) има 75 000 калории енергия повече от същото количество вода при 0 градуса по Целзий (32 градуса по Фаренхайт). Добавянето на 100 грама лед към водата отнема 7 970 калории, за да я разтопи; наличната енергия става 67 030 калории. След като стане вода, 100 грама отнема 1 калория на градус от останалата топлина в горещата вода, но топлината не е „загубена“ - тя просто се е преместила в студената вода.
Промяна на температурата
Тъй като горещата вода губи 7 970 калории, за да стопи леда, водата се охлажда от 75 до 67 градуса по Целзий (153 градуса по Фаренхайт). Топлата вода губи топлина, докато студената вода от разтопения лед печели топлина. В този пример само 1000 грама лед се добавят към 1000 грама вода. Следователно горещата вода губи малко количество температура, докато студената вода се загрява с по-голям брой градуси. Разделянето на 67 030 налични калории на 1100 грама вода дава крайна температура от около 61 градуса по Целзий (142 градуса по Фаренхайт). Топлата вода губи общо 14 градуса по Целзий (57 градуса по Фаренхайт), а студената вода набира 61 градуса по Целзий. Имайте предвид, че резултатите зависят от това колко лед и топла вода имате в началото. Ако добавите тон лед към 1000 грама вода, топлата вода няма да има достатъчно топлина, за да стопи целия лед.