Vsebina
Ko dodate led v vročo vodo, nekaj topline vode topi led. Preostala toplota segreva ledeno hladno vodo, a vročo vodo pri tem hladi. Končno temperaturo mešanice lahko izračunate, če veste, koliko vroče vode ste začeli, skupaj z njeno temperaturo in koliko ledu ste dodali. Dve fizikalni lastnosti - specifična toplota in toplina fuzije - natančno določata, kako se led topi in voda hladi.
Specifična toplota
Specifična toplota snovi meri, koliko energije potrebuje za zvišanje njene temperature. Na primer, ko 1 gramu vode dodate 1 kalorično toploto, se ogreje za 1 stopinjo Celzija (1,8 stopinje Fahrenheita). Velja, da se voda ohladi; gram vode, ki pade 1 stopinjo Celzija, izgubi 1 kalorijo toplotne energije. Druge snovi imajo različno specifično toploto. Na primer, za segrevanje grama svinca za 1 stopinjo Celzija je potrebno le 0,03 kalorije.
Toplina fuzije
Posoda z vodo izgubi 1 kalorijo za vsako stopinjo Celzija, ki jo ohladi. Ko pa doseže nič stopinj Celzija (32 stopinj Fahrenheita), se situacija spremeni - voda se spremeni v led. Ta postopek vključuje veliko več toplotne energije - 79,7 kalorij na gram - in temperatura vodno-ledene mešanice se ne spreminja, dokler vse skupaj ne zmrzne. Ko snov preide to fazo, se energija imenuje toplota fuzije. Molekule vode izgubijo dodatno energijo, ko se združijo v trdno snov. Ko se led oblikuje, spremeni temperaturo glede na svojo specifično toploto - 0,49 kalorij na stopinjo Celzija.
Sprememba energije
Če želite natančno določiti, kako se energija spreminja, ko dodate led v vročo vodo, potrebujete maso ledu in vodo ter temperaturo vode. Na primer, zaradi svoje specifične toplotne vrednosti ima en liter vroče vode pri 75 stopinjah Celzija (167 stopinj Farenhita) 75.000 kalorij energije več kot enaka količina vode pri 0 stopinjah Celzija (32 stopinj Fahrenheita). Če dodate 100 gramov ledu v vodo, je potrebno, da se topi 7.970 kalorij; razpoložljiva energija postane 67.030 kalorij. Ko postane voda 100 sto gramov, je od preostale toplote v vroči vodi 1 kalorija na stopinjo, vendar se toplota ne izgubi - preprosto se je preselila v hladno vodo.
Sprememba temperature
Ko vroča voda izgubi 7.970 kalorij za taljenje ledu, se voda ohladi od 75 do 67 stopinj Celzija (153 stopinj Fahrenheita). Vroča voda izgublja toploto, medtem ko hladna voda iz stopljenega ledu pridobi toploto. V tem primeru se na 1000 gramov vode doda le 100 gramov ledu. Zato topla voda izgubi majhno količino temperature, medtem ko se hladna voda segreje za večje število stopinj. Razdelitev 67.030 kalorij na 1.100 skupnih gramov vode daje končno temperaturo približno 61 stopinj Celzija (142 stopinj Fahrenheita). Vroča voda izgubi skupno 14 stopinj Celzija (57 stopinj Farenhajta), hladna voda pa 61 stopinj Celzija. Rezultati so odvisni od tega, koliko ledu in tople vode imate na začetku. Če na 1000 gramov vode dodate tono ledu, topla voda ne bo imela dovolj toplote, da bi stopila ves led.