מה קורה כאשר קרח מתווסף למים חמים וכיצד האנרגיה תשתנה?

כשמוסיפים קרח למים חמים, חלק מחום המים ממיס את הקרח. החום שנותר מחמם את המים הקרים כקרח אך מקרר את המים החמים תוך כדי. תוכלו לחשב את הטמפרטורה הסופית של התערובת אם אתם יודעים בכמה מים חמים התחלתם, יחד עם הטמפרטורה שלהם וכמה קרח הוספתם. שתי תכונות פיזיקליות - החום הספציפי וחום ההיתוך - קובעות בדיוק כיצד הקרח נמס והמים מתקררים.

החום הספציפי של חומר מודד כמה אנרגיה דרושה כדי להעלות את הטמפרטורה שלו. לדוגמא, כשמוסיפים קלוריות חום אחת לגרם מים זה מתחמם במעלה אחת צלזיוס (1.8 מעלות פרנהייט). ההפך הוא הנכון כאשר מים מתקררים; גרם מים שיורד מעלה אחת צלזיוס מאבד קלוריית אנרגית חום אחת. לחומרים אחרים יש חימום ספציפי שונה. למשל, לוקח רק 0.03 קלוריות כדי לחמם גרם עופרת במעלה אחת צלזיוס.

מיכל מים מאבד 1 קלוריות לכל מעלה צלזיוס שהוא מתקרר. עם זאת, כאשר הוא מגיע לאפס מעלות צלזיוס (32 מעלות פרנהייט), המצב משתנה - מים הופכים לקרח. בתהליך זה יש הרבה יותר אנרגיית חום - 79.7 קלוריות לגרם - והטמפרטורה של תערובת קרח המים אינה משתנה עד שהכול קופא מוצק. כאשר חומר עובר שלב זה, האנרגיה נקראת חום היתוך. מולקולות מים מאבדות אנרגיה מיותרת כשהן מתקבצות למוצק. לאחר שנוצר קרח, הוא משנה את הטמפרטורה בהתאם לחום הספציפי שלו - 0.49 קלוריות למנה צלזיוס.

כדי לקבוע בדיוק כיצד האנרגיה משתנה כשמוסיפים קרח למים חמים, אתה צריך את מסת הקרח והמים כמו גם את טמפרטורת המים. לדוגמא, בגלל ערך החום הספציפי שלהם, ליטר מים חמים ב 75 מעלות צלזיוס (167 מעלות) בפרנהייט) יש 75,000 קלוריות אנרגיה יותר מאותה כמות מים בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס (32 מעלות) פרנהייט). להוסיף 100 גרם קרח למים נדרשים 7,970 קלוריות כדי להמיס אותו; האנרגיה הזמינה הופכת ל 67,030 קלוריות. ברגע שזה הופך למים, 100 גרם לוקחים קלוריה אחת למנה מהחום שנותר במים החמים, אך החום לא "הולך לאיבוד" - הוא פשוט עבר למים הקרים.

מאחר שהמים החמים מאבדים 7,970 קלוריות כדי להמיס את הקרח, המים מתקררים מ -75 ל -67 מעלות צלזיוס (153 מעלות פרנהייט). המים החמים מאבדים חום, ואילו המים הקרים מהקרח המומס צוברים חום. בדוגמה זו, רק 100 גרם קרח מתווספים ל -1,000 גרם מים. לכן, המים החמים מאבדים כמות קטנה של טמפרטורה, ואילו המים הקרים מתחממים במספר רב יותר של מעלות. חלוקת 67,030 קלוריות זמינות ב -1,100 גרם סה"כ מים נותנת טמפרטורה סופית של כ 61 מעלות צלזיוס (142 מעלות פרנהייט). המים החמים מאבדים בסך הכל 14 מעלות צלזיוס (57 מעלות פרנהייט), והמים הקרים עולים 61 מעלות צלזיוס. שימו לב שהתוצאות תלויות בכמות הקרח והמים החמים שיש לכם בהתחלה. אם תוסיף טון קרח ל -1,000 גרם מים, למים החמים לא יהיה מספיק חום כדי להמיס את כל הקרח.