Innhold
Når du legger is til varmt vann, smelter noe av vannets varme isen. Den gjenværende varmen varmer det iskalde vannet, men kjøler det varme vannet i prosessen. Du kan beregne blandingens endelige temperatur hvis du vet hvor mye varmt vann du startet med, sammen med temperaturen og hvor mye is du tilsatte. To fysiske egenskaper - den spesifikke varmen og fusjonsvarmen - bestemmer nøyaktig hvordan isen smelter og vannet avkjøles.
Spesifikk varme
Et stoffs spesifikke varme måler hvor mye energi det tar å heve temperaturen. For eksempel, når du tilfører 1 kalori varme til 1 gram vann, varmer den med 1 grad Celsius (1,8 grader Fahrenheit). Det motsatte er tilfelle når vann avkjøles; et gram vann som faller 1 grad Celsius mister 1 kalori varmeenergi. Andre stoffer har forskjellige spesifikke varmer. For eksempel tar det bare 0,03 kalorier å varme opp et gram bly med 1 grad Celsius.
Heat of Fusion
En beholder med vann mister 1 kalori for hver grad Celsius den avkjøles. Imidlertid, når det når null grader Celsius (32 grader Fahrenheit), endres situasjonen - vann blir til is. Denne prosessen innebærer mye mer varmeenergi - 79,7 kalorier per gram - og temperaturen på vann-isblandingen endres ikke før det hele fryser fast. Når et stoff går gjennom denne fasen, kalles energien fusjonsvarmen. Vannmolekyler mister ekstra energi når de klumper seg til et fast stoff. Når isen har dannet seg, endrer den temperaturen i henhold til sin egen spesifikke varme - 0,49 kalorier per grad Celsius.
Energibytte
For å bestemme nøyaktig hvordan energien endres når du legger is til varmt vann, trenger du isen og vannet, så vel som vannets temperatur. På grunn av sin spesifikke varmeverdi har en liter varmt vann ved 75 grader Fahrenheit for eksempel 75 000 kalorier energi mer enn den samme mengden vann ved 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Å tilsette 100 gram is i vannet tar 7.970 kalorier å smelte det; den tilgjengelige energien blir 67,030 kalorier. Når det blir vann, tar 100 gram 1 kalori per grad fra den gjenværende varmen i det varme vannet, men varmen er ikke "tapt" - den har rett og slett flyttet ut i det kalde vannet.
Temperaturendring
Når det varme vannet mister 7.970 kalorier for å smelte isen, avkjøles vannet fra 75 til 67 grader Celsius (153 grader Fahrenheit). Det varme vannet mister varmen, mens det kalde vannet fra den smeltede isen får varme. I dette eksemplet blir bare 100 gram is tilsatt til 1000 gram vann. Derfor mister det varme vannet en liten mengde temperatur, mens det kalde vannet varmer opp med et større antall grader. Deling av 67 030 tilgjengelige kalorier med 1100 gram gram vann gir en sluttemperatur på omtrent 61 grader Celsius (142 grader Fahrenheit). Det varme vannet mister totalt 14 grader celsius (57 grader Fahrenheit), og det kalde vannet får 61 grader celsius. Merk at resultatene avhenger av hvor mye is og varmt vann du har i starten. Hvis du legger til et tonn is til 1000 gram vann, vil det varme vannet ikke ha nok varme til å smelte all isen.