Innehåll
När du lägger is till varmt vatten smälter en del av vattnets värme isen. Den återstående värmen värmer det iskalla vattnet men kyler det varma vattnet under processen. Du kan beräkna blandningens slutliga temperatur om du vet hur mycket varmt vatten du började med, tillsammans med dess temperatur och hur mycket is du har lagt till. Två fysiska egenskaper - den specifika värmen och smältvärmen - bestämmer exakt hur isen smälter och vattnet svalnar.
Specifik värme
Ett ämnes specifika värme mäter hur mycket energi det tar för att höja temperaturen. Till exempel, när du lägger till 1 kalori värme till 1 gram vatten, värms det med 1 grad Celsius (1,8 grader Fahrenheit). Det motsatta är sant när vatten kyls av; ett gram vatten som tappar 1 grad Celsius förlorar 1 kalori värmeenergi. Andra ämnen har olika specifika värmer. Till exempel tar det bara 0,03 kalorier för att värma ett gram bly med 1 grad Celsius.
Fusion Heat
En behållare med vatten tappar 1 kalori för varje grad Celsius som den kyler. Men när det når noll grader Celsius (32 grader Fahrenheit) förändras situationen - vattnet förvandlas till is. Denna process involverar mycket mer värmeenergi - 79,7 kalorier per gram - och temperaturen i vatten-isblandningen förändras inte förrän det hela fryser fast. När ett ämne går igenom denna fas kallas energin fusionsvärmen. Vattenmolekyler förlorar extra energi när de klumper sig till ett fast ämne. När isen har bildats, ändrar den temperaturen i enlighet med sin egen specifika värme - 0,49 kalorier per grad Celsius.
Energiförändring
För att bestämma exakt hur energin förändras när du lägger is till varmt vatten, behöver du massan av isen och vattnet såväl som vattnets temperatur. På grund av dess specifika värmevärde har en liter varmt vatten vid 75 grader Fahrenheit till exempel 75 000 kalorier energi mer än samma vattenmängd vid 0 grader Fahrenheit. Att lägga till 100 gram is i vattnet tar 7 970 kalorier för att smälta det; den tillgängliga energin blir 67 030 kalorier. När det blir vatten tar 100 gram 1 kalori per grad från den återstående värmen i det varma vattnet, men värmen är inte "förlorad" - den har helt enkelt flyttat in i det kalla vattnet.
Temperaturförändring
När det heta vattnet tappar 7 970 kalorier för att smälta isen, kyls vattnet från 75 till 67 grader Celsius (153 grader Fahrenheit). Det varma vattnet förlorar värmen, medan det kalla vattnet från den smälta isen får värme. I det här exemplet läggs endast 100 gram is till 1 000 gram vatten. Därför förlorar det varma vattnet en liten mängd temperatur, medan det kalla vattnet värms upp med ett större antal grader. Att dela 67 030 tillgängliga kalorier med 1 100 gram gram vatten ger en slutlig temperatur på cirka 61 grader Celsius (142 grader Fahrenheit). Det varma vattnet förlorar totalt 14 grader Celsius (57 grader Fahrenheit), och det kalla vattnet får 61 grader Celsius. Observera att resultaten beror på hur mycket is och varmt vatten du har i början. Om du lägger till ett ton is till 1 000 gram vatten har det heta vattnet inte tillräckligt med värme för att smälta all isen.