Sadržaj
Kada dodate led vrućoj vodi, dio topline vode rastopi led. Preostala toplina zagrijava ledeno hladnu vodu, ali vruću vodu u tom procesu hladi. Možete izračunati krajnju temperaturu smjese ako znate koliko ste vruće vode započeli, zajedno s njenom temperaturom i koliko leda ste dodali. Dva fizička svojstva - specifična toplina i toplina fuzije - određuju tačno kako se led topi i voda hladi.
Određena toplina
Specifična toplina tvari mjeri koliko energije treba da povisi temperaturu. Na primjer, kada na 1 gram vode dodate 1 kalorijsku toplinu, zagrijava se za 1 stupanj Celzijusa (1,8 stupnjeva Farenhajta). Suprotno je kad se voda hladi; gram vode koji padne 1 stupanj Celzija gubi 1 kaloriju toplinske energije. Ostale tvari imaju različitu specifičnu toplinu. Na primjer, potrebno je samo 0,03 kalorije da se gram olova zagrije za 1 stupanj Celzijusa.
Toplina fuzije
Spremnik vode gubi 1 kaloriju za svaki stupanj Celzijusa koji se hladi. Međutim, kad dosegne nula Celzijevih stupnjeva (32 stupnja Farenhejta), situacija se mijenja - voda se pretvara u led. Ovaj postupak uključuje mnogo više toplinske energije - 79,7 kalorija po gramu - a temperatura smjese vode i leda se ne mijenja sve dok se sve ne smrzne. Kada tvar prođe kroz ovu fazu, energija se naziva toplina fuzije. Molekule vode gube dodatnu energiju dok se skupljaju u krutinu. Jednom kada se led formira, mijenja temperaturu prema vlastitoj specifičnoj toplini - 0,49 kalorija po stupnju Celzijusa.
Promjena energije
Da biste odredili kako se energija mijenja kada dodate led vrućoj vodi, potrebna vam je masa leda i vode, kao i temperatura vode. Na primjer, zbog svoje specifične toplinske vrijednosti, jedna litra tople vode na 75 Celzijevih stupnjeva (167 stupnjeva Farenhajta) ima 75.000 kalorija energije više od iste količine vode na 0 Celzijevih stupnjeva (32 stupnja Farenhajta). Dodavanjem 100 grama leda u vodu je potrebno 7.970 kalorija da bi se topilo; raspoloživa energija postaje 67.030 kalorija. Jednom kada postane voda, 100 grama uzima 1 kaloriju po stupnju od preostale topline u toploj vodi, ali toplina se ne "gubi" - jednostavno se premjestila u hladnu vodu.
Promjena temperature
Kako topla voda gubi 7.970 kalorija da bi rastopila led, voda se hladi od 75 do 67 stupnjeva Celzijusa (153 stupnja Farenhajta). Topla voda gubi toplinu, dok hladna voda iz otopljenog leda dobiva toplinu. U ovom primjeru doda se samo 100 grama leda u 1000 grama vode. Stoga vruća voda gubi malu količinu temperature, dok hladna voda zagrijava veći broj stupnjeva. Podjela 67.030 dostupnih kalorija na 1.100 grama vode daje konačnu temperaturu od oko 61 stupanj Celzijusa (142 stupnja Farenheita). Vruća voda gubi ukupno 14 Celzijevih stupnjeva (57 stupnjeva Celzijevih stupnjeva), a hladna voda 61 stupanj Celzijusa. Rezultati imaju na umu koliko leda i tople vode imate na početku. Ako dodate tonu leda na 1000 grama vode, topla voda neće imati dovoljno topline da rastopi sav led.