Av Chris Deziel , Uppdaterad 24 mars 2022
sumos/iStock/GettyImages
Om den omgivande temperaturen runt en isbit stiger, stiger isens temperatur i enlighet med detta. Denna uppgång stannar dock i samma ögonblick som isen når sin smältpunkt - 0°C (32°F). I det ögonblicket genomgår isen en fasövergång och omvandlas till flytande vatten medan dess temperatur förblir fixerad tills allt har smält. Ett enkelt experiment visar detta:lämna en kopp isbitar i en varm bil och övervaka temperaturen med en termometer. Det iskalla vattnet stannar vid 32°F tills det är helt smält; därefter stiger temperaturen snabbt när den kvarvarande vätskan fortsätter att absorbera värme från bilens interiör.
När du värmer is stiger dess temperatur tills den når 32°F, förblir sedan konstant medan den smälter. Den tillförda värmen bryter kristallgitterbindningarna snarare än att öka den kinetiska energin.
Uppvärmning av is ökar den kinetiska energin hos dess molekyler, vilket får dem att vibrera snabbare. Tills smältpunkten uppnås, förstärker denna extra energi bara vibration; molekylerna kan ännu inte bryta gitterbindningarna som håller dem i en fast struktur. När isen når 32°F får molekylerna tillräckligt med energi för att lossna från gittret. All tillförd värmeenergi förbrukas därför av fasövergången, inte genom att höja vätskans kinetiska energi. Följaktligen förblir vattnets temperatur vid 32°F tills varje kristall har smält.
Samma princip gäller för kokande vatten. Den värms upp till 212°F (100°C), men kommer inte att överstiga den temperaturen förrän varje droppe har blivit ånga. Så länge som flytande vatten finns kvar i pannan, stannar dess temperatur på 212°F oavsett värmekällans intensitet.
Du kan anta att en blandning av is och vatten skulle värmas jämnt, men i verkligheten förblir temperaturen nära isen låst vid smältpunkten. I en stor behållare med vatten med en isbit kan huvuddelen av vattnet stiga över 32°F, men isens omedelbara miljö förblir vid den konstanta temperaturen. Denna jämvikt uppstår eftersom när isen smälter fryser en del av det omgivande vattnet igen, vilket balanserar värmeflödet. Nettoresultatet är att den totala temperaturen inte ökar förrän all is har försvunnit.
Att införa mer värme kan fortfarande ge en linjär temperaturhöjning; isen kommer att smälta snabbare, och temperaturen på den återstående vätskan kommer att stiga. Men värmen som krävs för att bryta gitterbindningarna dominerar tills fasändringen är klar.
Trycket spelar också en avgörande roll. Genom att begränsa ånga i ett förseglat kärl höjer du kokpunkten, vilket gör att vattnet förblir flytande vid temperaturer över 212°F. Detta är principen bakom tryckkokare och industriella ångpannor.
