Kad vruću vodu dodate led, dio vodene topline topi led. Preostala toplina zagrijava ledeno hladnu vodu, ali pritom hladi vruću vodu. Konačnu temperaturu smjese možete izračunati ako znate s koliko ste vruće vode započeli, zajedno s njezinom temperaturom i koliko ste dodali leda. Dvije fizikalne osobine - specifična toplina i toplina topljenja - točno određuju kako će se led topiti i voda hladiti.
Određena toplina
Specifična toplina tvari mjeri koliko je energije potrebno za povišenje temperature. Na primjer, kada na 1 gram vode dodate 1 kaloriju topline, zagrije se za 1 Celzijev stupanj (1,8 stupnjeva Fahrenheita). Suprotno je kad se voda ohladi; gram vode koji padne za 1 Celzijev stupanj gubi 1 kaloriju toplinske energije. Ostale tvari imaju različite specifične topline. Primjerice, potrebno je samo 0,03 kalorija da se gram olova zagrije za 1 Celzijev stupanj.
Toplina fuzije
Spremnik vode gubi 1 kaloriju za svaki Celzijev stupanj koji se ohladi. Međutim, kad dosegne nula Celzijevih stupnjeva (32 stupnjeva Fahrenheita), situacija se mijenja - voda se pretvara u led. Ovaj postupak uključuje mnogo više toplinske energije - 79,7 kalorija po gramu - a temperatura smjese voda-led ne mijenja se dok se sve ne smrzne. Kad tvar prolazi kroz ovu fazu, energija se naziva toplina fuzije. Molekule vode gube dodatnu energiju dok se skupljaju u krutinu. Jednom kad se led stvori, mijenja temperaturu prema vlastitoj specifičnoj toplini - 0,49 kalorija po Celzijevom stupnju.
Promjena energije
Da biste točno odredili kako se energija mijenja kada vrućoj vodi dodate led, trebate masu leda i vode, kao i temperaturu vode. Primjerice, zbog svoje specifične toplinske vrijednosti, jedna litra vruće vode na 75 Celzijevih stupnjeva (167 stupnjeva Fahrenheit) ima 75.000 kalorija energije više od iste količine vode na 0 Celzijevih stupnjeva Fahrenheita). Za dodavanje 100 grama leda u vodu potrebno je 7.970 kalorija da se otopi; raspoloživa energija postaje 67.030 kalorija. Jednom kad postane voda, 100 grama uzima 1 kaloriju po stupnju od preostale topline u vrućoj vodi, ali toplina se ne "gubi" - ona se jednostavno preselila u hladnu vodu.
Promjena temperature
Kako topla voda gubi 7970 kalorija za otapanje leda, voda se hladi od 75 do 67 Celzijevih stupnjeva (153 stupnjeva Fahrenheita). Topla voda gubi toplinu, dok hladna voda iz otopljenog leda dobiva toplinu. U ovom primjeru na 1000 grama vode dodaje se samo 100 grama leda. Stoga vruća voda gubi malu količinu temperature, dok se hladna voda zagrijava za veći broj stupnjeva. Podjelom 67.030 dostupnih kalorija sa 1.100 ukupnih grama vode daje konačnu temperaturu od oko 61 Celzijev stupanj (142 stupnjeva Fahrenheita). Vruća voda ukupno gubi 14 stupnjeva Celzijusa (57 stupnjeva Celzijusa), a hladna voda dobiva 61 stupanj Celzija. Imajte na umu da rezultati ovise o količini leda i tople vode na početku. Ako na 1.000 grama vode dodate tonu leda, vruća voda neće imati dovoljno topline da otopi sav led.