Se la temperatura ambiente intorno a un pezzo di ghiaccio aumenta, aumenterà anche la temperatura del ghiaccio. Tuttavia, questo aumento costante della temperatura si interrompe non appena il ghiaccio raggiunge il punto di fusione. A questo punto, il ghiaccio subisce un cambiamento di stato e si trasforma in acqua liquida, e la sua temperatura non cambierà fino a quando non si sarà sciolto completamente. Puoi verificarlo con un semplice esperimento. Lascia una tazza di cubetti di ghiaccio in un'auto calda e controlla la temperatura con un termometro. Scoprirai che l'acqua ghiacciata rimane a 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius) fino a quando non si è completamente sciolta. Quando ciò accade, noterai un rapido aumento della temperatura poiché l'acqua continua ad assorbire calore dall'interno dell'auto.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Quando riscaldi il ghiaccio, la sua temperatura aumenta, ma non appena il ghiaccio inizia a sciogliersi, la temperatura rimane costante finché tutto il ghiaccio non si è sciolto. Questo accade perché tutta l'energia termica va a rompere i legami della struttura del reticolo cristallino del ghiaccio.
I cambiamenti di fase consumano energia
Quando riscaldi il ghiaccio, le singole molecole acquisiscono energia cinetica, ma finché la temperatura non raggiunge il punto di fusione, non hanno energia per rompere i legami che le tengono in una struttura cristallina. Vibrano più rapidamente all'interno dei loro confini man mano che si aggiunge calore e la temperatura del ghiaccio aumenta. In un punto critico, il punto di fusione, acquisiscono energia sufficiente per liberarsi. Quando ciò accade, tutta l'energia termica aggiunta al ghiaccio viene assorbita da H2O molecole che cambiano fase. Non c'è più niente per aumentare l'energia cinetica delle molecole allo stato liquido fino a quando tutti i legami che tengono le molecole in una struttura cristallina sono stati rotti. Di conseguenza, la temperatura rimane costante fino a quando tutto il ghiaccio non si è sciolto.
La stessa cosa accade quando scaldi l'acqua fino al punto di ebollizione. L'acqua si scalderà finché la temperatura non raggiungerà i 100 °C, ma non diventerà più calda finché non si sarà trasformata in vapore. Finché l'acqua liquida rimane in una padella bollente, la temperatura dell'acqua è di 212 F, non importa quanto sia calda la fiamma sottostante.
Esiste un equilibrio al punto di fusione
Potresti chiederti perché l'acqua che si è sciolta non diventerà più calda finché c'è del ghiaccio. Prima di tutto, questa affermazione non è del tutto accurata. Se riscaldi una grande padella piena d'acqua che contiene un singolo cubetto di ghiaccio, l'acqua lontana dal ghiaccio lo farà iniziano a scaldarsi, ma nelle immediate vicinanze del cubetto di ghiaccio la temperatura rimarrà costante. Un modo per capire perché questo accade è rendersi conto che, mentre parte del ghiaccio si scioglie, parte dell'acqua attorno al ghiaccio si ricongela. Questo crea uno stato di equilibrio che aiuta a mantenere la temperatura costante. Man mano che il ghiaccio si scioglie sempre di più, la velocità di fusione aumenta, ma la temperatura non sale finché tutto il ghiaccio non è sparito.
Aggiungi più calore o un po' di pressione
È possibile creare un aumento della temperatura più o meno lineare se si aggiunge abbastanza calore. Ad esempio, metti una padella di ghiaccio su un falò e registra la temperatura. Probabilmente non noterai molto ritardo nel punto di fusione perché la quantità di calore influisce sulla velocità di fusione. Se aggiungi abbastanza calore, il ghiaccio può sciogliersi più o meno spontaneamente.
Se stai facendo bollire l'acqua, puoi aumentare la temperatura del liquido ancora nella padella aggiungendo pressione. Un modo per farlo è confinare il vapore in uno spazio chiuso. In questo modo, rendi più difficile il cambio di fase delle molecole e rimarranno allo stato liquido mentre la temperatura dell'acqua sale oltre il punto di ebollizione. Questa è l'idea alla base delle pentole a pressione.