Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Vaihemuutokset kuluttavat energiaa
- Sulamispisteessä on tasapaino
- Lisää lisää lämpöä tai jonkin verran painetta
Jos ympäröivä lämpötila kappaleen ympärillä nousee, myös jään lämpötila nousee. Tämä tasainen lämpötilan nousu pysähtyy kuitenkin heti kun jää saavuttaa sulamispisteensä. Tässä vaiheessa jään tila muuttuu ja muuttuu nestemäiseksi vedeksi, ja sen lämpötila ei muutu, kunnes kaikki se on sulanut. Voit testata tämän yksinkertaisella kokeilulla. Jätä kuppi jääkuutioita kuumaan autoon ja tarkkaile lämpötilaa lämpömittarilla. Tulet huomaamaan, että jäinen vesi pysyy pakkasessa 32 astetta Fahrenheit (0 astetta), kunnes kaikki se on sulanut. Kun näin tapahtuu, huomaat nopean lämpötilan nousun, kun vesi imee edelleen lämpöä auton sisäpuolelta.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Kun lämmität jäätä, sen lämpötila nousee, mutta heti kun jää alkaa sulaa, lämpötila pysyy vakiona, kunnes kaikki jää on sulanut. Tämä tapahtuu, koska kaikki lämpöenergia menee jäätikköhilarakenteen sidosten rikkomiseen.
Vaihemuutokset kuluttavat energiaa
Kun lämmität jäätä, yksittäiset molekyylit saavat kineettisen energian, mutta kunnes lämpötila saavuttaa sulamispisteen, niillä ei ole energiaa hajottaakseen sidoksia, jotka pitävät niitä kiderakenteessa. Ne värähtelevät nopeammin rajoissaan, kun lisäät lämpöä, ja jään lämpötila nousee. Kriittisessä pisteessä - sulamispisteessä - he hankkivat tarpeeksi energiaa vapautuakseen. Kun se tapahtuu, H absorboi kaiken jäähän lisätyn lämpöenergian2O-molekyylit vaihtavat vaihetta. Mikään ei ole jättänyt lisäämään nestemäisessä tilassa olevien molekyylien kineettistä energiaa, kunnes kaikki sidokset, jotka pitävät molekyylejä kiderakenteessa, ovat murtuneet. Tämän seurauksena lämpötila pysyy vakiona, kunnes kaikki jää on sulanut.
Sama asia tapahtuu, kun lämmität vettä kiehumispisteeseen. Vesi lämpenee, kunnes lämpötila saavuttaa 100 ° C, mutta se ei kuumene, kunnes kaikki on kääntynyt höyryyn. Niin kauan kuin nestemäistä vettä jää kiehuvaan astiaan, veden lämpötila on 212 F riippumatta siitä kuinka kuuma liekki sen alla on.
Sulamispisteessä on tasapaino
Saatat ihmetellä, miksi sulatettu vesi ei kuumene niin kauan kuin siinä on jäätä. Ensinnäkin, tämä lausunto ei ole melko tarkka. Lämmitettäessä suurta vettä, joka sisältää yhden jääkuution, jäästä kaukana oleva vesi alkaa kuumentua, mutta jääkuution välittömässä ympäristössä lämpötila pysyy vakiona. Yksi tapa ymmärtää miksi näin tapahtuu on ymmärtää, että vaikka osa jäästä sulaa, osa jään ympärillä olevasta vedestä jäätyy uudelleen. Tämä luo tasapainotilan, joka auttaa pitämään lämpötilan vakiona. Kun yhä enemmän jäätä sulaa, sulamisnopeus kasvaa, mutta lämpötila ei nouse, kunnes kaikki jää on kadonnut.
Lisää lisää lämpöä tai jonkin verran painetta
On mahdollista luoda enemmän tai vähemmän lineaarinen lämpötilan nousu, jos lisäät tarpeeksi lämpöä. Laita esimerkiksi pannu jäätä nuotion päälle ja kirjaa lämpötila. Et todennäköisesti huomaa suurta viivettä sulamispisteessä, koska lämmön määrä vaikuttaa sulamisnopeuteen. Jos lisäät tarpeeksi lämpöä, jää voi sulaa enemmän tai vähemmän spontaanisti.
Jos olet kiehuvaa vettä, voit nostaa pannulla vielä olevan nesteen lämpötilaa lisäämällä painetta. Yksi tapa tehdä tämä on rajoittaa höyry suljetussa tilassa. Näin teet molekyylien vaiheen vaihtamisen vaikeammaksi, ja ne pysyvät nestemäisessä tilassa, kun veden lämpötila nousee kiehumispisteen ohi. Tämä on painekeittimien taustalla oleva idea.