Si la température ambiante autour d'un morceau de glace augmente, la température de la glace augmentera également. Cependant, cette augmentation constante de la température s'arrête dès que la glace atteint son point de fusion. À ce stade, la glace subit un changement d'état et se transforme en eau liquide, et sa température ne changera pas tant qu'elle n'aura pas complètement fondu. Vous pouvez tester cela avec une expérience simple. Laissez une tasse de glaçons dans une voiture chaude et surveillez la température avec un thermomètre. Vous constaterez que l'eau glacée reste à une température glaciale de 32 degrés Fahrenheit (0 degrés Celsius) jusqu'à ce que tout ait fondu. Lorsque cela se produit, vous remarquerez une augmentation rapide de la température car l'eau continue d'absorber la chaleur de l'intérieur de la voiture.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Lorsque vous chauffez de la glace, sa température augmente, mais dès que la glace commence à fondre, la température reste constante jusqu'à ce que toute la glace ait fondu. Cela se produit parce que toute l'énergie thermique sert à briser les liens de la structure en réseau cristallin de la glace.
Les changements de phase consomment de l'énergie
Lorsque vous chauffez de la glace, les molécules individuelles acquièrent de l'énergie cinétique, mais jusqu'à ce que la température atteigne le point de fusion, elles n'ont pas d'énergie pour briser les liaisons qui les maintiennent dans une structure cristalline. Ils vibrent plus rapidement dans leurs limites à mesure que vous ajoutez de la chaleur et que la température de la glace augmente. À un point critique – le point de fusion – ils acquièrent suffisamment d'énergie pour se libérer. Lorsque cela se produit, toute l'énergie thermique ajoutée à la glace est absorbée par H2O molécules changeant de phase. Il ne reste plus rien pour augmenter l'énergie cinétique des molécules à l'état liquide jusqu'à ce que toutes les liaisons retenant les molécules dans une structure cristalline aient été rompues. Par conséquent, la température reste constante jusqu'à ce que toute la glace ait fondu.
La même chose se produit lorsque vous chauffez de l'eau jusqu'au point d'ébullition. L'eau chauffera jusqu'à ce que la température atteigne 212 F (100 C), mais elle ne deviendra pas plus chaude tant qu'elle ne se sera pas transformée en vapeur. Tant que l'eau liquide reste dans une casserole bouillante, la température de l'eau est de 212 F, quelle que soit la chaleur de la flamme en dessous.
Un équilibre existe au point de fusion
Vous vous demandez peut-être pourquoi l'eau qui a fondu ne devient pas plus chaude tant qu'elle contient de la glace. Tout d'abord, cette affirmation n'est pas tout à fait exacte. Si vous chauffez une grande casserole remplie d'eau contenant un seul glaçon, l'eau loin de la glace commencer à chauffer, mais dans l'environnement immédiat du glaçon, la température restera constante. Une façon de comprendre pourquoi cela se produit est de se rendre compte que, tandis qu'une partie de la glace fond, une partie de l'eau autour de la glace recongèle. Cela crée un état d'équilibre qui aide à maintenir la température constante. Au fur et à mesure que la glace fond, le taux de fonte augmente, mais la température n'augmente pas tant que toute la glace n'a pas disparu.
Ajouter plus de chaleur ou de pression
Il est possible de créer une élévation de température plus ou moins linéaire si vous ajoutez suffisamment de chaleur. Par exemple, placez une casserole de glace sur un feu de joie et notez la température. Vous ne remarquerez probablement pas beaucoup de décalage au point de fusion car la quantité de chaleur affecte la vitesse de fusion. Si vous ajoutez suffisamment de chaleur, la glace peut fondre plus ou moins spontanément.
Si vous faites bouillir de l'eau, vous pouvez augmenter la température du liquide encore dans la casserole en ajoutant de la pression. Une façon de le faire est de confiner la vapeur dans un espace clos. Ce faisant, vous compliquez le changement de phase des molécules et elles resteront à l'état liquide pendant que la température de l'eau dépasse le point d'ébullition. C'est l'idée derrière les autocuiseurs.