Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Fasändringar förbrukar energi
- Ett jämvikt existerar vid smältpunkten
- Tillsätt mer värme eller lite tryck
Om omgivningstemperaturen runt ett isstycke ökar, ökar även isens temperatur. Emellertid stoppar denna jämna temperaturökning så snart isen når sin smältpunkt. På denna punkt genomgår isen en tillståndsförändring och förvandlas till flytande vatten, och dess temperatur kommer inte att förändras tills det hela har smält. Du kan testa detta med ett enkelt experiment. Lämna en kopp isbitar i en varm bil och övervaka temperaturen med en termometer. Du kommer att upptäcka att det iskalla vattnet kvarstår på en frostig 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius) tills allt har smält. När det händer, kommer du att märka en snabb temperaturökning eftersom vattnet fortsätter att ta upp värme från insidan av bilen.
TL; DR (för lång; läste inte)
När du värmer is stiger temperaturen, men så snart isen börjar smälta förblir temperaturen konstant tills all isen har smält. Detta händer eftersom all värmeenergi går till att bryta bindningarna i iskristallgitterstrukturen.
Fasändringar förbrukar energi
När du värmer is, får de enskilda molekylerna kinetisk energi, men tills temperaturen når smältpunkten, har de inte energi för att bryta bindningarna som håller dem i en kristallstruktur. De vibrerar snabbare inom sina gränser när du lägger till värme och isens temperatur stiger. Vid en kritisk punkt - smältpunkten - förvärvar de tillräckligt med energi för att gå sönder. När det händer absorberas all värmeenergi som tillförs isen av H2O-molekyler som ändrar fas. Det finns inget kvar för att öka den kinetiska energin hos molekylerna i flytande tillstånd tills alla bindningarna som håller molekylerna i en kristallstruktur har brutits. Följaktligen förblir temperaturen konstant tills all isen har smält.
Samma sak händer när du värmer vatten till kokpunkten. Vattnet kommer att värmas tills temperaturen når 212 F (100 C), men det kommer inte att bli varmare tills det har blivit ånga. Så länge flytande vatten förblir i en kokande panna, är temperaturen på vattnet 212 F, oavsett hur het lågan under den är.
Ett jämvikt existerar vid smältpunkten
Du kanske undrar varför vatten som har smält inte blir varmare så länge det finns is i det. Först av allt, det uttalandet är inte ganska exakt. Om du värmer en stor panna full med vatten som innehåller en enda isbit, kommer vattnet långt från isen att börja värmas upp, men i iskubens omedelbara miljö förblir temperaturen konstant. Ett sätt att förstå varför detta händer är att inse att medan en del av isen smälter fryser en del av vattnet runt isen. Detta skapar ett jämviktstillstånd som hjälper till att hålla temperaturen konstant. När allt mer is smälter ökar smältningshastigheten, men temperaturen går inte upp tills all isen är borta.
Tillsätt mer värme eller lite tryck
Det är möjligt att skapa en mer eller mindre linjär temperaturökning om du tillför tillräckligt med värme. Lägg till exempel en panna med is över en bål och registrera temperaturen. Du kommer antagligen inte märka mycket av ett fördröjning vid smältpunkten eftersom mängden värme påverkar smältningshastigheten. Om du lägger till tillräckligt med värme kan isen smälta mer eller mindre spontant.
Om du har kokande vatten kan du höja temperaturen på vätskan som fortfarande finns i pannan genom att lägga till tryck. Ett sätt att göra detta är att begränsa ångan i ett slutet utrymme. Genom att göra det gör du det svårare för molekyler att byta fas, och de kommer att stanna i flytande tillstånd medan vattentemperaturen stiger förbi kokpunkten. Detta är idén bakom tryckkokare.