Was passiert, wenn heißem Wasser Eis hinzugefügt wird und wie ändert sich die Energie?

Wenn Sie heißem Wasser Eis hinzufügen, schmilzt ein Teil der Wärme des Wassers das Eis. Die Restwärme erwärmt das eiskalte Wasser, kühlt dabei aber das heiße Wasser ab. Sie können die Endtemperatur der Mischung berechnen, wenn Sie wissen, mit wie viel heißem Wasser Sie begonnen haben, zusammen mit seiner Temperatur und wie viel Eis Sie hinzugefügt haben. Zwei physikalische Eigenschaften – die spezifische Wärme und die Schmelzwärme – bestimmen genau, wie das Eis schmilzt und das Wasser abkühlt.

Die spezifische Wärme eines Stoffes misst, wie viel Energie benötigt wird, um seine Temperatur zu erhöhen. Wenn Sie beispielsweise 1 Gramm Wasser 1 Kalorie Wärme hinzufügen, erwärmt es sich um 1 Grad Celsius (1,8 Grad Fahrenheit). Das Gegenteil ist der Fall, wenn Wasser abkühlt; Ein Gramm Wasser, das um 1 Grad Celsius sinkt, verliert 1 Kalorie Wärmeenergie. Andere Stoffe haben unterschiedliche spezifische Wärmen. Es braucht beispielsweise nur 0,03 Kalorien, um ein Gramm Blei um 1 Grad Celsius zu erhitzen.

Ein Behälter mit Wasser verliert pro Grad Celsius, den er abkühlt, 1 Kalorie. Wenn es jedoch null Grad Celsius (32 Grad Fahrenheit) erreicht, ändert sich die Situation – Wasser wird zu Eis. Dieser Prozess erfordert viel mehr Wärmeenergie – 79,7 Kalorien pro Gramm – und die Temperatur der Wasser-Eis-Mischung ändert sich nicht, bis alles fest gefriert. Wenn ein Stoff diese Phase durchläuft, wird die Energie als Schmelzwärme bezeichnet. Wassermoleküle verlieren zusätzliche Energie, wenn sie sich zu einem Feststoff verklumpen. Sobald sich Eis gebildet hat, ändert es die Temperatur entsprechend seiner eigenen spezifischen Wärme – 0,49 Kalorien pro Grad Celsius.

Um genau zu bestimmen, wie sich die Energie beim Hinzufügen von Eis zu heißem Wasser verändert, benötigen Sie die Masse von Eis und Wasser sowie die Temperatur des Wassers. Aufgrund seines spezifischen Heizwertes kann beispielsweise ein Liter heißes Wasser mit 75 Grad Celsius (167 Grad Fahrenheit) hat 75.000 Kalorien Energie mehr als die gleiche Menge Wasser bei 0 Grad Celsius (32 Grad .). Fahrenheit). Das Hinzufügen von 100 Gramm Eis zum Wasser erfordert 7.970 Kalorien, um es zu schmelzen; die verfügbare Energie wird 67.030 Kalorien. Sobald es zu Wasser wird, nehmen die 100 Gramm 1 Kalorie pro Grad aus der verbleibenden Wärme im heißen Wasser, aber die Wärme geht nicht „verloren“ – sie ist einfach ins kalte Wasser gewandert.

Da das heiße Wasser 7.970 Kalorien verliert, um das Eis zu schmelzen, kühlt das Wasser von 75 auf 67 Grad Celsius (153 Grad Fahrenheit) ab. Das heiße Wasser verliert Wärme, während das kalte Wasser aus dem geschmolzenen Eis Wärme gewinnt. In diesem Beispiel werden nur 100 Gramm Eis zu 1.000 Gramm Wasser hinzugefügt. Daher verliert das heiße Wasser etwas an Temperatur, während sich das kalte Wasser um mehr Grad erwärmt. Die Division von 67.030 verfügbaren Kalorien durch 1.100 Gramm Wasser ergibt eine Endtemperatur von etwa 61 Grad Celsius (142 Grad Fahrenheit). Das heiße Wasser verliert insgesamt 14 Grad Celsius (57 Grad Fahrenheit), das kalte Wasser gewinnt 61 Grad Celsius. Beachten Sie, dass die Ergebnisse davon abhängen, wie viel Eis und heißes Wasser Sie zu Beginn haben. Wenn Sie 1.000 Gramm Wasser eine Tonne Eis hinzufügen, hat das heiße Wasser nicht genug Wärme, um das gesamte Eis zu schmelzen.