Sisältö
Kun lisäät jäätä kuumaan veteen, osa veden lämmöstä sulaa jään. Jäljellä oleva lämpö lämmittää jääkylmää vettä, mutta jäähdyttää kuuman veden prosessissa. Voit laskea seoksen lopulämpötilan, jos tiedät, kuinka paljon kuumaa vettä aloitit, sen lämpötilan ja lisätyn jään määrän kanssa. Kaksi fysikaalista ominaisuutta - ominaislämpö ja sulamislämpö - määrittävät tarkalleen kuinka jää sulaa ja vesi jäähtyy.
Ominaislämpö
Aineen ominaislämpö mittaa kuinka paljon energiaa tarvitaan lämpötilan nostamiseen. Esimerkiksi, kun lisäät 1 kaloria lämpöä 1 grammaan vettä, se lämpenee 1 celsiusasteella (1,8 astetta Fahrenheit). Päinvastoin on totta, kun vesi jäähtyy; gramma vettä, joka pudottaa 1 asteen, menettää 1 kalori lämpöenergiaa. Muilla aineilla on erilaiset erityiset lämmittimet. Esimerkiksi, gramman lyijyn lämmittäminen vain 1 celsiusasteella vie vain 0,03 kaloria.
Fuusion lämpö
Vesisäiliö menettää 1 kalorin jokaisesta Celsius-asteestaan mennessä. Kuitenkin, kun se saavuttaa nollan asteen (32 astetta Fahrenheit), tilanne muuttuu - vesi muuttuu jääksi. Tämä prosessi vaatii paljon enemmän lämpöenergiaa - 79,7 kaloria grammaa kohti - ja vesi-jääseoksen lämpötila ei muutu, ennen kuin se kaikki jäätyy kiinteäksi. Kun aine käy läpi tämän vaiheen, energiaa kutsutaan sulamisen lämmöksi. Vesimolekyylit menettävät ylimääräistä energiaa, kun ne palautuvat kiinteään aineeseen. Kun jää on muodostunut, se muuttaa lämpötilaa oman ominaislämpönsä mukaan - 0,49 kaloria per celsiusaste.
Energian muutos
Jotta voidaan määrittää tarkalleen kuinka energia muuttuu lisäämällä jäätä kuumaan veteen, tarvitset jään ja veden massan sekä veden lämpötilan. Esimerkiksi erityisen lämpöarvonsa takia yhdessä litrassa kuumaa vettä 75 celsiusasteessa (167 astetta Fahrenheit) on 75 000 kaloria energiaa enemmän kuin vastaavassa veden määrässä 0 celsiusasteessa (32 astetta Fahrenheit). Lisäämällä 100 grammaa jäätä veteen, sulatetaan se 7970 kaloria; käytettävissä olevasta energiasta tulee 67 030 kaloria. Kun siitä tulee vettä, 100 grammaa kuluttaa 1 kaloria astetta kohti kuumassa vedessä jäljellä olevasta lämmöstä, mutta lämpöä ei menetetä - se on vain siirtynyt kylmään veteen.
Lämpötilan muutos
Kun kuuma vesi menettää 7 970 kaloria jää sulamiseksi, vesi jäähtyy 75 - 67 asteeseen (153 astetta Fahrenheit). Kuuma vesi menettää lämmön, kun taas sulatetun jään kylmä vesi saa lämpöä. Tässä esimerkissä vain 100 grammaa jäätä lisätään 1 000 grammaan vettä. Siksi kuuma vesi menettää pienen määrän lämpötilaa, kun taas kylmä vesi lämpenee suuremmalla määrällä asteita. Jakamalla 67 030 käytettävissä olevaa kaloria 1,100 kokonaismäärällä vettä saadaan lopullinen lämpötila noin 61 celsiusastetta (142 astetta Fahrenheit). Kuuma vesi menettää yhteensä 14 celsiusastetta (57 fahrenheit-astetta) ja kylmä vesi saa 61 celsiusastetta. Huomaa, että tulokset riippuvat siitä, kuinka paljon jäätä ja kuumaa vettä sinulla on alussa. Jos lisäät tonnin jäätä 1 000 grammaan vettä, kuumalla vedellä ei ole tarpeeksi lämpöä sulattamaan koko jäätä.