गर्म पानी में बर्फ डालने से क्या होता है और ऊर्जा कैसे बदलेगी?

जब आप गर्म पानी में बर्फ डालते हैं, तो पानी की कुछ गर्मी बर्फ को पिघला देती है। शेष गर्मी बर्फ के ठंडे पानी को गर्म करती है लेकिन इस प्रक्रिया में गर्म पानी को ठंडा करती है। आप मिश्रण के अंतिम तापमान की गणना कर सकते हैं यदि आप जानते हैं कि आपने कितना गर्म पानी शुरू किया, इसके तापमान के साथ और आपने कितनी बर्फ डाली। दो भौतिक गुण - विशिष्ट ऊष्मा और संलयन की ऊष्मा - यह निर्धारित करते हैं कि बर्फ कैसे पिघलती है और पानी कैसे ठंडा होता है।

किसी पदार्थ की विशिष्ट ऊष्मा मापती है कि उसका तापमान बढ़ाने में कितनी ऊर्जा लगती है। उदाहरण के लिए, जब आप 1 ग्राम पानी में 1 कैलोरी ऊष्मा मिलाते हैं, तो यह 1 डिग्री सेल्सियस (1.8 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक गर्म हो जाता है। जब पानी ठंडा हो जाता है तो इसका उल्टा सच होता है; एक ग्राम पानी जो 1 डिग्री सेल्सियस गिरता है, 1 कैलोरी ऊष्मा ऊर्जा खो देता है। अन्य पदार्थों में अलग-अलग विशिष्ट ऊष्माएँ होती हैं। उदाहरण के लिए, एक ग्राम लेड को 1 डिग्री सेल्सियस गर्म करने में केवल 0.03 कैलोरी लगती है।

पानी का एक कंटेनर ठंडा होने पर प्रत्येक डिग्री सेल्सियस के लिए 1 कैलोरी खो देता है। हालाँकि, जब यह शून्य डिग्री सेल्सियस (32 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक पहुँच जाता है, तो स्थिति बदल जाती है - पानी बर्फ में बदल जाता है। इस प्रक्रिया में बहुत अधिक ऊष्मा ऊर्जा शामिल होती है - 79.7 कैलोरी प्रति ग्राम - और पानी-बर्फ के मिश्रण का तापमान तब तक नहीं बदलता है जब तक कि यह ठोस जम न जाए। जब कोई पदार्थ इस चरण से गुजरता है, तो ऊर्जा को संलयन की गर्मी कहा जाता है। पानी के अणु अतिरिक्त ऊर्जा खो देते हैं क्योंकि वे एक ठोस में टकराते हैं। एक बार बर्फ बनने के बाद, यह अपनी विशिष्ट गर्मी के अनुसार तापमान बदलता है - 0.49 कैलोरी प्रति डिग्री सेल्सियस।

यह निर्धारित करने के लिए कि जब आप गर्म पानी में बर्फ डालते हैं तो ऊर्जा कैसे बदलती है, आपको बर्फ और पानी के द्रव्यमान के साथ-साथ पानी के तापमान की भी आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, अपने विशिष्ट ताप मान के कारण, एक लीटर गर्म पानी 75 डिग्री सेल्सियस (167 डिग्री .) पर फ़ारेनहाइट) में 0 डिग्री सेल्सियस (32 डिग्री) पर पानी की समान मात्रा से 75,000 कैलोरी अधिक ऊर्जा होती है फारेनहाइट)। पानी में 100 ग्राम बर्फ मिलाने से इसे पिघलाने में 7,970 कैलोरी लगती है; उपलब्ध ऊर्जा 67,030 कैलोरी हो जाती है। एक बार जब यह पानी बन जाता है, तो 100 ग्राम गर्म पानी में शेष गर्मी से 1 कैलोरी प्रति डिग्री लेता है, लेकिन गर्मी "खो" नहीं जाती है - यह बस ठंडे पानी में चली जाती है।

जैसे गर्म पानी बर्फ को पिघलाने के लिए 7,970 कैलोरी खो देता है, पानी 75 से 67 डिग्री सेल्सियस (153 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक ठंडा हो जाता है। गर्म पानी गर्मी खो देता है, जबकि पिघली हुई बर्फ से ठंडा पानी गर्मी प्राप्त करता है। इस उदाहरण में, 1,000 ग्राम पानी में केवल 100 ग्राम बर्फ डाली जाती है। इसलिए, गर्म पानी कम मात्रा में तापमान खो देता है, जबकि ठंडा पानी अधिक संख्या में गर्म हो जाता है। ६७,०३० उपलब्ध कैलोरी को १,१०० कुल ग्राम पानी से विभाजित करने पर अंतिम तापमान लगभग ६१ डिग्री सेल्सियस (१४२ डिग्री फारेनहाइट) प्राप्त होता है। गर्म पानी कुल 14 डिग्री सेल्सियस (57 डिग्री फ़ारेनहाइट) खो देता है, और ठंडा पानी 61 डिग्री सेल्सियस बढ़ जाता है। ध्यान दें कि परिणाम इस बात पर निर्भर करते हैं कि आपके पास शुरुआत में कितना बर्फ और गर्म पानी है। यदि आप 1,000 ग्राम पानी में एक टन बर्फ मिलाते हैं, तो गर्म पानी में इतनी गर्मी नहीं होगी कि वह सारी बर्फ को पिघला सके।