Když přidáte led do horké vody, část jejího tepla roztaje led. Zbývající teplo ohřívá ledově studenou vodu, ale ochlazuje horkou vodu. Konečnou teplotu směsi můžete vypočítat, pokud víte, kolik teplé vody jste začali, spolu s její teplotou a množstvím přidaného ledu. Dvě fyzikální vlastnosti - měrné teplo a teplo fúze - určují přesně, jak se taje led a voda chladí.
Specifické teplo
Specifické teplo látky měří, kolik energie potřebuje ke zvýšení její teploty. Když například přidáte 1 kalorií tepla do 1 gramu vody, ohřeje se o 1 stupeň Celsia (1,8 stupně Fahrenheita). Opak je pravdou, když voda vychladne; gram vody, který klesne o 1 stupeň Celsia, ztratí 1 kalorií tepelné energie. Jiné látky mají různé specifické teploty. Například zahřátí gramu olova o 1 stupeň Celsia vyžaduje pouze 0,03 kalorií.
Teplo fúze
Nádoba s vodou ztrácí 1 kalorii na každý stupeň Celsia, který ochlazuje. Když však dosáhne nulových stupňů Celsia (32 stupňů Fahrenheita), situace se změní - voda se změní na led. Tento proces zahrnuje mnohem více tepelné energie - 79,7 kalorií na gram - a teplota směsi vody a ledu se nezmění, dokud celá zmrzne pevně. Když látka projde touto fází, energie se nazývá teplo fúze. Molekuly vody ztrácejí extra energii, protože se shlukují do pevné látky. Jakmile se vytvoří led, mění teplotu podle vlastního specifického tepla - 0,49 kalorií na stupeň Celsia.
Energetická změna
Abyste mohli přesně určit, jak se energie mění, když přidáte led do horké vody, potřebujete hmotnost ledu a vody a také teplotu vody. Například kvůli své specifické hodnotě tepla je jeden litr horké vody o teplotě 75 stupňů Celsia (167 stupňů Celsia) Fahrenheit) má 75 000 kalorií energie více než stejné množství vody při teplotě 0 stupňů Celsia (32 stupňů) Fahrenheita). Přidání 100 gramů ledu do vody vyžaduje jeho rozpuštění 7 970 kalorií; dostupná energie se stane 67 030 kalorií. Jakmile se stane vodou, 100 gramů odebírá 1 kalorií na stupeň ze zbývajícího tepla v horké vodě, ale teplo se „neztratí“ - jednoduše se přesunulo do studené vody.
Změna teploty
Jelikož horká voda ztrácí 7 970 kalorií, aby roztála led, voda se ochladí ze 75 na 67 stupňů Celsia (153 stupňů Fahrenheita). Horká voda ztrácí teplo, zatímco studená voda z roztaveného ledu získává teplo. V tomto příkladu se do 1 000 gramů vody přidá pouze 100 gramů ledu. Horká voda proto ztrácí malé množství teploty, zatímco studená voda se ohřívá o více stupňů. Vydělením 67 030 dostupných kalorií celkovým 1100 gramy vody získáte konečnou teplotu asi 61 stupňů Celsia (142 stupňů Fahrenheita). Horká voda ztrácí celkem 14 stupňů Celsia (57 stupňů Fahrenheita) a studená voda 61 stupňů Celsia. Výsledky závisí na tom, kolik ledu a horké vody máte na začátku. Pokud přidáte tunu ledu na 1 000 gramů vody, horká voda nebude mít dostatek tepla k roztavení celého ledu.