ماذا يحدث عند إضافة الجليد إلى الماء الساخن وكيف ستتغير الطاقة؟

عندما تضيف الثلج إلى الماء الساخن ، فإن بعض حرارة الماء تذوب الجليد. تسخن الحرارة المتبقية الماء المثلج ولكنها تبرد الماء الساخن في هذه العملية. يمكنك حساب درجة الحرارة النهائية للخليط إذا كنت تعرف مقدار الماء الساخن الذي بدأت به ، بالإضافة إلى درجة حرارته ومقدار الثلج الذي أضفته. تحدد خاصيتان فيزيائيتان - الحرارة النوعية وحرارة الانصهار - بالضبط كيف يذوب الجليد ويبرد الماء.

تقيس الحرارة النوعية لمادة ما مقدار الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارتها. على سبيل المثال ، عندما تضيف سعرًا حراريًا واحدًا من الحرارة إلى جرام واحد من الماء ، فإنه يسخن بمقدار درجة واحدة مئوية (1.8 درجة فهرنهايت). والعكس صحيح عندما يبرد الماء ؛ إن غرام الماء الذي ينخفض ​​درجة واحدة مئوية يفقد سعر حراري واحد من الطاقة الحرارية المواد الأخرى لها درجات حرارة مختلفة. على سبيل المثال ، لا يتطلب الأمر سوى 0.03 سعر حراري لتسخين جرام من الرصاص بمقدار درجة واحدة مئوية.

يفقد وعاء من الماء سعرًا حراريًا واحدًا مقابل كل درجة مئوية تبرده. ومع ذلك ، عندما تصل درجة الحرارة إلى صفر درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) ، يتغير الوضع - يتحول الماء إلى جليد. تتضمن هذه العملية طاقة حرارية أكثر بكثير - 79.7 سعرة حرارية لكل جرام - ولا تتغير درجة حرارة خليط الماء والجليد حتى يتجمد بالكامل. عندما تمر مادة ما بهذه المرحلة ، تسمى الطاقة حرارة الاندماج. تفقد جزيئات الماء طاقة إضافية لأنها تتجمع في مادة صلبة. بمجرد أن يتشكل الجليد ، فإنه يغير درجة الحرارة وفقًا للحرارة الخاصة به - 0.49 سعرة حرارية لكل درجة مئوية.

لتحديد كيفية تغير الطاقة بالضبط عند إضافة الثلج إلى الماء الساخن ، تحتاج إلى كتلة الجليد والماء بالإضافة إلى درجة حرارة الماء. على سبيل المثال ، بسبب قيمته الحرارية النوعية ، لتر واحد من الماء الساخن عند 75 درجة مئوية (167 درجة فهرنهايت) 75000 سعرة حرارية من الطاقة أكثر من نفس كمية الماء عند 0 درجة مئوية (32 درجة) فهرنهايت). إضافة 100 جرام من الثلج إلى الماء يستهلك 7970 سعرة حرارية لإذابه. الطاقة المتاحة تصبح 67.030 سعرة حرارية. بمجرد أن يصبح الماء ، يأخذ 100 جرام سعرًا حراريًا واحدًا لكل درجة من الحرارة المتبقية في الماء الساخن ، لكن الحرارة لا "تضيع" - لقد انتقلت ببساطة إلى الماء البارد.

نظرًا لأن الماء الساخن يفقد 7970 سعرة حرارية لإذابة الجليد ، فإن الماء يبرد من 75 إلى 67 درجة مئوية (153 درجة فهرنهايت). يفقد الماء الساخن الحرارة ، بينما الماء البارد من الجليد الذائب يكتسب الحرارة. في هذا المثال ، تمت إضافة 100 جرام فقط من الثلج إلى 1000 جرام من الماء. لذلك ، يفقد الماء الساخن قدرًا ضئيلًا من درجة الحرارة ، بينما ترتفع درجة حرارة الماء البارد بعدد أكبر من الدرجات. قسمة 67.030 سعرة حرارية متاحة على 1100 جرام من الماء يعطي درجة حرارة نهائية تبلغ حوالي 61 درجة مئوية (142 درجة فهرنهايت). يفقد الماء الساخن ما مجموعه 14 درجة مئوية (57 درجة فهرنهايت) ، ويزيد الماء البارد 61 درجة مئوية. لاحظ أن النتائج تعتمد على كمية الثلج والماء الساخن لديك في البداية. إذا أضفت طنًا من الثلج إلى 1000 جرام من الماء ، فلن يحتوي الماء الساخن على حرارة كافية لإذابة كل الثلج.