Kun istut ulkona kuumana päivänä, katsot vesilasissasi olevan jään sulavan hitaasti. Myöhemmin kaatat jäätä jäähdyttimestä pesuallasun ja kytket veden päälle sulamaan jään. Et voi kuitenkaan aina käyttää tätä temppua. Esimerkiksi kylmänä talvipäivänä et voi kaataa lasillista vettä auton jääpeitteiseen tuulilasiin; se ei sula sulaa. Vesi sulaa jäätä, mutta vain tietyissä olosuhteissa.
Sulamisprosessi
Sulaminen on määritelmän mukaan aineen muuttumisprosessi kiinteästä faasista nestefaasiksi. Sulamisprosessi on endoterminen prosessi, mikä tarkoittaa, että lämpöenergiaa on absorboitava, jotta se voi tapahtua. Tämä lämpöenergia tulee ympäristöstä, jossa on enemmän energiaa ja korkeampi lämpötila kuin sulatettava aine. Lämpöenergia siirtyy vain lämpötilaeron kautta, mikä aiheuttaa sen aine sulaa (tai ainakin nousee lämpötilassa) samalla kun ympäristön lämpötila laskee. Sulamislämpötila (kutsutaan sulamispisteeksi) on erilainen eri aineille.
Milloin vesi sulaa jään?
Suurimmalle osalle meistä on tuttu jään sulamispiste: 0 astetta tai 32 astetta Fahrenheit. Jos jään lämpötila on alle tämän luvun, se pysyy kiinteänä; jos jään lämpötilaa nostetaan tämän luvun yläpuolelle, jää muuttuu nestemäiseksi vedeksi. Jos jää joutuu kosketuksiin veden kanssa, tiedämme, että jään on oltava alle 0 astetta ja veden on oltava yli 0 astetta. Lämpötilaerojen vuoksi tapahtuu lämmönsiirtoa. Tuloksena on, että veden lämpötila laskee ja jään lämpötila nousee.
Sulattaako vesi aina jäätä?
Tämä riippuu siitä, kuinka paljon jäätä aloitit, jään alkulämpötilasta, kuinka paljon vettä käytettiin ja veden alkulämpötilasta. Jos laitat muutaman jääpalan lasilliseen lämmintä vettä, sinun pitäisi jo tietää tulos: vesi jäähtyy ja jääpalat sulavat. Tällöin vettä on tarpeeksi korkeassa alkulämpötilassa, jotta jääkuutioiden lämpötila ei vain lisääntyisi, vaan myös sulatettaisiin.
Milloin vesi ei sulaa jäätä?
Nyt pitäisi olla järkevää, että kaikki veden lisäämisen tapaukset eivät sulata jäätä. Vaikka vesi on korkeammassa lämpötilassa kuin jää, jos jäätä on huomattavasti enemmän kuin vettä tai jos lämpötila on jää on aluksi hyvin matala, silloin ei siirretä tarpeeksi lämpöenergiaa jään lämpötilan nostamiseksi ja sulattamiseksi, liian.
Yhteenveto
Vesi sulaa jään, koska se on korkeammassa lämpötilassa kuin jää, joten lämpöenergia siirtyy vedestä jäähän. Koska tässä työskentelevä tieteellinen periaate on ajatus lämmönsiirrosta, ei ole välttämätöntä käyttää vettä jään sulattamiseen. Kaikki aineet (kiinteät aineet, nesteet tai kaasut), jotka ovat korkeammassa lämpötilassa kuin jää, kykenevät siirtämään lämpöenergiaa jään sulattamiseksi.