Hvad sker der, når isen bliver tilsat varmt vand og hvordan vil energien skifte?

Når du tilføjer is til varmt vand, smelter noget af vandets varme i isen. Den resterende varme opvarmer det iskoldte vand, men afkøler varmt vand i processen. Du kan beregne blandingens endelige temperatur, hvis du ved, hvor meget varmt vand du startede med, sammen med dens temperatur og hvor meget is du tilføjede. To fysiske egenskaber - den specifikke varme og fusionsvarmen - bestemmer præcis hvordan isen smelter og vandet køler.

Specifik varme

Et stofs specifikke varme måler, hvor meget energi det tager at hæve temperaturen. For eksempel, når du tilføjer 1 kalorie af varme til 1 gram vand, opvarmes det med 1 grader Celsius (1,8 grader Fahrenheit). Det modsatte er sandt, når vandet køler af; et gram vand, der falder 1 grad celsius mister 1 kalorie af varmeenergi. Andre stoffer har forskellige specifikke varmer. For eksempel tager det kun 0,03 kalorier at opvarme et gram bly med 1 grad Celsius.

Fusionsvarme

En beholder med vand mister 1 kalorie for hver grad Celsius det afkøles. Men når det når 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit), ændrer situationen sig - vandet bliver til is. Denne proces indebærer meget mere varmeenergi - 79,7 kalorier pr. Gram - og temperaturen på vandis-blandingen ændres ikke, før det hele fryser fast. Når et stof går gennem denne fase, kaldes energien fusionsvarmen. Vandmolekyler mister ekstra energi, da de klumpes i et fast stof. Når isen er dannet, ændrer den temperaturen efter sin egen specifikke varme - 0,49 kalorier pr. Grad Celsius.

Energiforandring

For at bestemme, hvordan energien ændrer sig, når du tilføjer is til varmt vand , du har brug for is- og vandmassen samt vandets temperatur. På grund af sin specifikke varmeværdi har en liter varmt vand ved 75 grader Celsius 75.000 kalorier energi mere end samme mængde vand ved 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Tilføjelse af 100 gram is til vandet tager 7.970 kalorier til at smelte det; Den tilgængelige energi bliver 67.030 kalorier. Når det bliver vand, tager 100 gram 1 kalorie pr. Grad fra den resterende varme i varmt vand, men varmen er ikke "tabt" - den har simpelthen flyttet ind i koldt vand.

Temperaturændring

Da varmt vand taber 7.970 kalorier til at smelte isen, køler vandet fra 75 til 67 grader Celsius (153 grader Fahrenheit). Varmt vand taber varme, mens det kolde vand fra den smeltede is får varme. I dette eksempel tilsættes kun 100 gram is til 1000 gram vand. Derfor taber varmtvandet en lille mængde temperatur, mens det kolde vand opvarmes med et større antal grader. Opdeling 67.030 tilgængelige kalorier med 1.100 samlede gram vand giver en endelig temperatur på ca 61 grader Celsius (142 grader Fahrenheit). Varmt vand taber i alt 14 grader Celsius (57 grader Fahrenheit), og det kolde vand vinder 61 grader Celsius. Bemærk, at resultaterne afhænger af, hvor meget is og varmt vand du har i starten. Hvis du tilføjer et ton is til 1000 gram vand, vil varmt vand ikke have nok varme til at smelte hele isen.