Hvad sker der med isens temperatur, da det smelter?

Hvis omgivelsestemperaturen omkring et stykke is stiger, øges også isens temperatur. Denne konstante stigning i temperaturen stopper dog så snart isen når sit smeltepunkt. På dette tidspunkt gennemgår isen en tilstandstilstand og bliver til flydende vand, og dets temperatur ændres ikke, før det hele er smeltet. Du kan teste dette med et simpelt eksperiment. Lad en kop isbiter i en varm bil og overvåge temperaturen med et termometer. Du vil opdage, at det iskolde vand forbliver på en kølig 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius), indtil hele det er smeltet. Når det sker, ses en hurtig temperaturstigning, da vandet fortsætter med at absorbere varme fra indersiden af ​​bilen.

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Når du opvarmer is, stiger dens temperatur, men så snart isen begynder at smelte, forbliver temperaturen konstant, indtil hele isen er smeltet. Dette sker, fordi al varmeenergi går i at bryde isens krystal gitterstruktur.

Faseændringer forbruger energi

Når du opvarmer is, får de enkelte molekyler kinetisk energi, men indtil temperaturen når smeltepunktet, de har ikke energi til at bryde de bindinger, der holder dem i en krystalstruktur. De vibrerer hurtigere inden for deres grænser, da du tilføjer varme, og isens temperatur går op. På et kritisk punkt - smeltepunktet - de får nok energi til at bryde fri. Når det sker, absorberes al den varmeenergi, der tilsættes til isen, af H _{2O molekyler skiftende fase. Der er ikke noget tilbage at øge molekylernes kinetiske energi i flydende tilstand, indtil alle bindinger, der holder molekylerne i en krystalstruktur, er blevet brudt. Derfor forbliver temperaturen konstant, indtil al is er smeltet.}

Det samme sker, når du opvarmer vand til kogepunktet. Vandet vil opvarme til temperaturen når 212 F (100 C), men det bliver ikke varmere, før det er vendt til damp. Så længe flydende vand forbliver i kogepande, er vandets temperatur 212 F, uanset hvor varmt flammen er under.

En ligevægt eksisterer ved smeltepunktet

Du måske undre sig over, hvorfor vand, der har smeltet, ikke bliver varmere, så længe der er is i det. Først og fremmest er denne erklæring ikke ret korrekt. Hvis du opvarmer en stor pande fuld af vand, der indeholder en enkelt isterning, vil vandet langt fra isen begynde at varme op, men i isterningens umiddelbare omgivelser forbliver temperaturen konstant. En måde at forstå, hvorfor dette sker, er at indse, at nogle af isen smelter, og nogle af vandet rundt om isen fryser igen. Dette skaber en ligevægtstilstand, der hjælper med at holde temperaturen konstant. Da flere og flere is smelter, stiger smeltehastigheden, men temperaturen går ikke op, før al is er væk.

Tilføj mere varme eller noget tryk

Det er muligt at oprette en mere eller mindre lineær temperaturstigning, hvis du tilføjer tilstrækkelig varme. For eksempel lægger en ispande over et bål og registrerer temperaturen. Du vil nok ikke mærke meget af en forsinkelse ved smeltepunktet, fordi mængden af ​​varme påvirker smeltehastigheden. Hvis du tilføjer nok varme, kan isen smelte mere eller mindre spontant.

Hvis du koger vand, kan du hæve temperaturen af ​​væsken stadig i panden ved at tilføje tryk. En måde at gøre dette på er at begrænse dampen i et lukket rum. Ved at gøre det gør det sværere for molekylerne at ændre fase, og de forbliver i flydende tilstand, mens vandtemperaturen stiger forbi kogepunktet. Dette er tanken bag trykkomfurer.