När du lägger is till varmt vatten smälter en del av vattenets värme isen. Den återstående värmen värmer iskallt vatten men kyler varmt vatten i 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 lagt till. Två fysiska egenskaper - den specifika värmen och fusionsvärmen - bestämmer exakt hur isen smälter och vattnet kyls.

Specifik värme

En substans specifika värme mäter hur mycket energi det tar för att höja sin temperatur. När du till exempel lägger till 1 kalori av värme till 1 gram vatten värms den med 1 grader Celsius (1,8 grader Fahrenheit). Det motsatta är sant när vatten svalnar. ett gram vatten som sjunker 1 grad Celsius förlorar 1 kalori värmeenergi. Andra ämnen har olika specifika värmer. Till exempel tar det bara 0,03 kalorier att värma ett gram bly med 1 grad Celsius.

Värme av fusion

En behållare med vatten förlorar 1 kalori för varje grad Celsius det kyler. Men när det når noll grader Celsius (32 grader Fahrenheit), förändras situationen - vatten vänder sig till is. Denna process involverar mycket mer värmeenergi - 79,7 kalorier per gram - och temperaturen på is-isblandningen ändras inte förrän allt fryser fast. När ett ämne går igenom denna fas kallas energin värme av fusion. Vattenmolekyler förlorar extra energi när de klumpar in i en fast substans. När isen har bildats ändras temperaturen efter sin egen specifika värme - 0,49 kalorier per grad Celsius.

Energiförändringar

För att bestämma exakt hur energin förändras när man lägger is till varmt vatten , du behöver is- och vattenmassan samt vattnets temperatur. Till exempel, på grund av sitt specifika värmevärde har en liter varmt vatten vid 75 grader Celsius 75 000 kalorier energi mer än samma mängd vatten vid 0 grader Celsius (32 grader Fahrenheit). Att tillsätta 100 gram is till 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 varmvattnet, men värmen är inte "förlorad" - den har helt enkelt flyttat in i kallt vatten.

Temperaturändring

Eftersom hett vatten förlorar 7 970 kalorier för att smälta isen, kyler vattnet från 75 till 67 grader Celsius (153 grader Fahrenheit). Varmvattnet förlorar värme, medan det kalla vattnet från den smälta isen får värme. I detta exempel tillsätts endast 100 gram is till 1000 gram vatten. Därför förlorar varmvattnet en liten mängd temperatur, medan det kalla vattnet värms upp med ett större antal grader. Att dela upp 67 030 tillgängliga kalorier med 1 100 totalt gram vatten ger en slutlig temperatur på ca 61 grader Celsius (142 grader Fahrenheit). Varmvattnet förlorar totalt 14 grader Celsius (57 grader Fahrenheit), och det kalla vattnet blir 61 grader Celsius. Observera att resultaten beror på hur mycket is och hett vatten du har i början. Om du lägger till ett ton is till 1000 gram vatten kommer det heta vattnet inte att ha tillräckligt med värme för att smälta all is.