뜨거운 물에 얼음을 넣으면 물의 열이 얼음을 녹입니다. 남은 열은 얼음처럼 차가운 물을 데우지 만 그 과정에서 뜨거운 물을 식 힙니다. 뜨거운 물의 양과 온도, 얼음의 양을 알고 있다면 혼합물의 최종 온도를 계산할 수 있습니다. 비열과 융합 열의 두 가지 물리적 특성은 얼음이 녹고 물이 냉각되는 방식을 정확하게 결정합니다.
비열
물질의 비열은 온도를 높이는 데 필요한 에너지를 측정합니다. 예를 들어 물 1g에 열 1 칼로리를 더하면 섭씨 1도 (화씨 1.8도)만큼 따뜻해집니다. 물이 식 으면 그 반대입니다. 섭씨 1도 떨어지는 물 1g은 열 에너지 1 칼로리를 잃습니다. 다른 물질은 비열이 다릅니다. 예를 들어, 1 그램의 납을 섭씨 1도까지 가열하는 데는 0.03 칼로리 밖에 걸리지 않습니다.
융합의 열
물이 담긴 용기는 섭씨 1 도당 1 칼로리를 잃습니다. 그러나 섭씨 0도 (화씨 32도)에 도달하면 상황이 바뀝니다. 물이 얼음으로 바뀝니다. 이 과정에는 훨씬 더 많은 열 에너지 (그램 당 79.7 칼로리)가 필요하며 물과 얼음 혼합물의 온도는 모두 고체가 얼 때까지 변하지 않습니다. 물질이이 단계를 거치면 에너지를 융합 열이라고합니다. 물 분자는 고체로 뭉치면서 여분의 에너지를 잃습니다. 얼음이 형성되면 자체 비열 (섭씨 1 도당 0.49 칼로리)에 따라 온도가 변합니다.
에너지 변화
뜨거운 물에 얼음을 넣을 때 에너지가 어떻게 변하는 지 정확히 결정하려면 얼음과 물의 질량과 물의 온도가 필요합니다. 예를 들어 비열 값 때문에 섭씨 75도 (167도)의 온수 1 리터가 화씨)는 섭씨 0도 (32도)에서 같은 양의 물보다 75,000 칼로리 더 많은 에너지를 가지고 있습니다. 화씨). 물에 얼음 100g을 넣으면 녹는 데 7,970 칼로리가 필요합니다. 사용 가능한 에너지는 67,030 칼로리가됩니다. 물이되면 100 그램은 뜨거운 물에 남아있는 열에서 1 도당 1 칼로리를 차지하지만 열은“손실”되지 않고 단순히 차가운 물로 옮겨졌습니다.
온도 변화
뜨거운 물이 얼음을 녹이기 위해 7,970 칼로리를 잃으면 물은 섭씨 75도에서 67도 (화씨 153도)로 식습니다. 뜨거운 물은 열을 잃고 녹은 얼음의 찬물은 열을 얻습니다. 이 예에서는 물 1,000g에 얼음 100g 만 추가합니다. 따라서 뜨거운 물은 적은 양의 온도를 잃는 반면 냉수는 더 많은 온도로 따뜻해집니다. 67,030 칼로리를 총 1,100 그램의 물로 나누면 최종 온도는 섭씨 61도 (화씨 142도)가됩니다. 뜨거운 물은 섭씨 14도 (화씨 57도)를 잃고 냉수는 섭씨 61도까지 올라갑니다. 결과는 처음에 얼음과 뜨거운 물의 양에 따라 달라집니다. 물 1,000g에 얼음을 1 톤 더하면 뜨거운 물은 모든 얼음을 녹일만큼 충분한 열을 가지지 못합니다.