რა ხდება ცხელ წყალში ყინულის დამატებისას და როგორ შეიცვლება ენერგია?

როდესაც ცხელ წყალს ყინულს დაუმატებთ, წყლის სითბო ყინულს დნება. დარჩენილი სითბო ათბობს ყინულივით ცივ წყალს, მაგრამ ამ პროცესში ცხელ წყალს აცივებს. შეგიძლიათ დაანგარიშოთ ნარევის საბოლოო ტემპერატურა, თუ იცით რამდენი ცხელი წყლით დაიწყეთ ტემპერატურა და რამდენი ყინული დაამატეთ. ორი ფიზიკური თვისება - სპეციფიკური სითბო და შერწყმის სითბო - ზუსტად განსაზღვრავს, თუ როგორ დნება ყინული და ცივდება წყალი.

ნივთიერების სპეციფიკური სითბო იზომება რამდენი ენერგია სჭირდება მისი ტემპერატურის ასამაღლებლად. მაგალითად, როდესაც 1 გრამ წყალს დაამატებთ 1 კალორიულ სითბოს, ის თბება 1 გრადუსი ცელსიუსით (1,8 გრადუსი ფარენგეიტით). პირიქითაა, როდესაც წყალი გაცივდება; გრამი წყალი, რომელიც 1 გრადუს ცელსიუსზე ეცემა, კარგავს 1 კალორიას სითბოს ენერგიას. სხვა ნივთიერებებს განსხვავებული სპეციფიკური სიცხეები აქვთ. მაგალითად, საჭიროა მხოლოდ 0,03 კალორია გრამის ტყვიის 1 გრადუსი ცელსიუსით გასათბობად.

წყლის კონტეინერი კარგავს 1 კალორიას ცელსიუსით გაცივებისთანავე. ამასთან, როდესაც იგი მიაღწევს ნულოვან გრადუს ცელსიუსს (ფარენგეიტის 32 გრადუსი), სიტუაცია იცვლება - წყალი ყინულად იქცევა. ეს პროცესი გაცილებით მეტ სითბოს ენერგიას გულისხმობს - 79,7 კალორია თითო გრამზე, ხოლო წყლის ყინულის ნარევის ტემპერატურა არ იცვლება მანამ, სანამ ყველაფერი მყარად გაყინავს. როდესაც ნივთიერება გადის ამ ფაზას, ენერგიას ეწოდება შერწყმის სითბო. წყლის მოლეკულები კარგავენ დამატებით ენერგიას, რადგან ისინი მყარად იკრიბებიან. ყინულის წარმოქმნის შემდეგ, იგი ცვლის ტემპერატურას საკუთარი სპეციფიკური სითბოს შესაბამისად - 0,49 კალორია თითო ცელსიუსით.

ზუსტად იმის დასადგენად, თუ როგორ იცვლება ენერგია ცხელ წყალში ყინულის დამატებისას, საჭიროა ყინულის და წყლის მასა, ასევე წყლის ტემპერატურა. მაგალითად, მისი სპეციფიკური სითბოს სიდიდის გამო, ერთი ლიტრი ცხელი წყალი 75 გრადუს ცელსიუსზე (167 გრადუსი) ფარენგეიტი) აქვს 75,000 კალორია ენერგია, ვიდრე იგივე რაოდენობის წყალი 0 გრადუსი ცელსიუსით (32 გრადუსი) ფარენგეიტი). 100 გრამი ყინულის წყალში მის დნობას 7,970 კალორია სჭირდება; არსებული ენერგია ხდება 67,030 კალორია. მას შემდეგ, რაც წყალი გახდება, 100 გრამი იღებს 1 კალორიას ხარისხში ცხელი წყლის დარჩენილი სითბოსგან, მაგრამ სითბო არ არის "დაკარგული" - ის უბრალოდ გადავიდა ცივ წყალში.

იმის გამო, რომ ცხელი წყალი კარგავს 7 970 კალორიას ყინულის დნობისთვის, წყალი კლებულობს 75-დან 67 გრადუს ცელსიუსამდე (153 გრადუსი ფარენგეიტი). ცხელი წყალი კარგავს სითბოს, ხოლო მდნარი ყინულის ცივი წყალი სითბოს იძენს. ამ მაგალითში მხოლოდ 100 გრამი ყინული ემატება 1000 გრამ წყალს. ამიტომ, ცხელი წყალი კარგავს მცირე რაოდენობის ტემპერატურას, ხოლო ცივი წყალი თბება უფრო მეტი რაოდენობით გრადუსით. 67,030 ხელმისაწვდომი კალორიის დაყოფა 1100 გრამ წყალზე საბოლოო ტემპერატურაზე დაახლოებით 61 გრადუსი ცელსიუსია (142 გრადუსი ფარენგეიტი). ცხელი წყალი კარგავს სულ 14 გრადუს ცელსიუსს (57 გრადუსი ფარენგეიტი), ცივი წყალი კი 61 გრადუს ცელსიუსს. გაითვალისწინეთ, რომ შედეგები დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენი ყინული და ცხელი წყალი გაქვთ დასაწყისში. თუ 1000 გრამ წყალს დაუმატებთ ტონა ყინულს, ცხელ წყალს არ ექნება საკმარისი სითბო მთელი ყინულის გასადნობად.