Conţinut
Când adăugați gheață în apă caldă, o parte din căldura apei topește gheața. Căldura rămasă încălzește apa rece de gheață, dar răcește apa caldă în acest proces. Puteți calcula temperatura finală a amestecului dacă știți câtă apă caldă ați început, împreună cu temperatura lui și cu câtă gheață ați adăugat. Două proprietăți fizice - căldura specifică și căldura de fuziune - determină exact cum se topește gheața și apa se răcește.
Căldura specifică
Căldura specifică a unei substanțe măsoară câtă energie necesară pentru a ridica temperatura. De exemplu, când adăugați 1 calorie de căldură la 1 gram de apă, se încălzește cu 1 grad Celsius (1,8 grade Fahrenheit). Contrariul este valabil atunci când apa se răcește; un gram de apă care scade 1 grad Celsius pierde 1 calorie de energie termică. Alte substanțe au diferite călduri specifice. De exemplu, este nevoie de doar 0,03 calorii pentru a încălzi un gram de plumb cu 1 grad Celsius.
Căldură de fuziune
Un recipient de apă pierde 1 calorie pentru fiecare grad Celsius pe care îl răcește. Cu toate acestea, atunci când atinge zero grade Celsius (32 de grade Fahrenheit), situația se schimbă - apa se transformă în gheață. Acest proces implică mult mai multă energie termică - 79,7 calorii pe gram - iar temperatura amestecului apă-gheață nu se schimbă până nu îngheață totul solid. Când o substanță trece prin această fază, energia se numește căldură de fuziune. Moleculele de apă pierd energie suplimentară pe măsură ce se agită într-un solid. Odată ce s-a format gheața, aceasta schimbă temperatura în funcție de căldura proprie specifică - 0,49 calorii pe un grad Celsius.
Schimbare de energie
Pentru a determina exact cum se schimbă energia când adăugați gheață în apă caldă, aveți nevoie de masa de gheață și apă, precum și de temperatura apei. De exemplu, datorită valorii sale specifice de căldură, un litru de apă caldă la 75 de grade Celsius (167 grade Fahrenheit) are 75.000 de calorii de energie mai mult decât aceeași cantitate de apă la 0 grade Celsius (32 de grade Fahrenheit). Adăugarea a 100 de grame de gheață în apă necesită 7.970 de calorii pentru a o topi; energia disponibilă devine 67.030 de calorii. Odată ce devine apă, cele 100 de grame iau 1 calorie pe grad din căldura rămasă în apa caldă, dar căldura nu se „pierde” - pur și simplu s-a mutat în apa rece.
Schimbarea temperaturii
Deoarece apa fierbinte pierde 7.970 de calorii pentru a topi gheața, apa se răcește de la 75 până la 67 de grade Celsius (153 grade Fahrenheit). Apa fierbinte pierde căldură, în timp ce apa rece din gheața topită câștigă căldură. În acest exemplu, se adaugă doar 100 de grame de gheață la 1.000 de grame de apă. Prin urmare, apa caldă pierde o cantitate mică de temperatură, în timp ce apa rece se încălzește cu un număr mai mare de grade. Împărțirea a 67.030 de calorii disponibile la 1.100 de grame de apă totală oferă o temperatură finală de aproximativ 61 de grade Celsius (142 grade Fahrenheit). Apa caldă pierde în total 14 grade Celsius (57 de grade Fahrenheit), iar apa rece câștigă 61 de grade Celsius. Rețineți că rezultatele depind de câtă gheață și apă caldă aveți la început. Dacă adăugați o tonă de gheață la 1.000 de grame de apă, apa caldă nu va avea suficientă căldură pentru a topi toată gheața.