Vsebina
- TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
- Fazne spremembe porabijo energijo
- Na tališču obstaja ravnotežje
- Dodajte več toplote ali nekaj tlaka
Če se temperatura okoli okoli ledu poveča, se bo zvišala tudi temperatura ledu. Vendar se ta stalni porast temperature ustavi takoj, ko led doseže svojo tališče. Na tem mestu se led spremeni v stanje in se spremeni v tekočo vodo, njegova temperatura pa se ne bo spreminjala, dokler se ves ta ni stopil. To lahko preizkusite s preprostim poskusom. Pustite skodelico kock ledu v vročem avtomobilu in s termometrom spremljajte temperaturo. Ugotovili boste, da ledena voda ostane pri zmrznjenih 32 stopinjah Fahrenheita (0 stopinj Celzija), dokler se ta ne stopi. Ko se to zgodi, boste opazili hiter dvig temperature, saj voda še naprej absorbira toploto iz notranjosti avtomobila.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Ko segrejete led, se njegova temperatura dvigne, a ko se led začne topiti, temperatura ostane konstantna, dokler se ves led ne stopi. To se zgodi, ker vsa toplotna energija preide v pretrganje vezi strukture kristalne rešetke.
Fazne spremembe porabijo energijo
Ko segrejete led, posamezne molekule pridobijo kinetično energijo, vendar dokler temperatura ne doseže tališča, nimajo energije za pretrganje vezi, ki jih drži v kristalni strukturi. Hitro vibrirajo, ko dodate toploto in temperatura ledu narašča. V kritični točki - tališču - pridobijo dovolj energije, da se sprostijo. Ko se to zgodi, vso toplotno energijo, dodano ledu, absorbira H2O molekule, ki spreminjajo fazo. Za povečanje kinetične energije molekul v tekočem stanju ni preostalo, dokler niso porušene vse vezi, ki držijo molekule v kristalni strukturi. Posledično temperatura ostane konstantna, dokler se ves led ne stopi.
Enako se zgodi, ko segrevate vodo do vrelišča. Voda se bo segrevala, dokler temperatura ne bo dosegla 100 C (212 F), vendar se ne bo segrela, dokler se vse ni pretvorilo v paro. Dokler tekoča voda ostane v vreli ponvi, je temperatura vode 212 F, ne glede na to, kako vroč plamen je pod njo.
Na tališču obstaja ravnotežje
Morda se boste vprašali, zakaj voda, ki se je stopila, ne postane bolj vroča, dokler je v njej led. Najprej ta trditev ni povsem natančna. Če segrejete veliko ponev, polno vode, ki vsebuje eno samo kocko ledu, se bo voda daleč od ledu začela segrevati, toda v neposrednem okolju ledene kocke bo temperatura ostala konstantna. Eden od načinov za razumevanje, zakaj se to zgodi, je, da se zavedate, da se medtem, ko se nekaj ledu topi, del vode okoli ledu ponovno zmrzne. To ustvari ravnotežno stanje, ki pomaga vzdrževati temperaturno konstanto. Ko se vse več ledu topi, se stopnja taljenja povečuje, vendar temperatura ne narašča, dokler ves led ne mine.
Dodajte več toplote ali nekaj tlaka
Če dodate dovolj toplote, lahko ustvarite bolj ali manj linearni dvig temperature. Na primer, postavite ponev z ledom nad kres in zabeležite temperaturo. Verjetno ne boste opazili velikega zamika pri taljenju, ker količina toplote vpliva na hitrost taljenja. Če dodate dovolj toplote, se lahko led bolj ali manj spontano stopi.
Če vrela voda, lahko z dodajanjem pritiska povišate temperaturo tekočine v ponvi. Eden od načinov za to je omejevanje pare v zaprtem prostoru. S tem molekulim otežite spreminjanje faze in te bodo ostale v tekočem stanju, medtem ko temperatura vode narašča mimo vrelišča. To je ideja, ki stoji za kuhalnimi ploščami.