Įpylus ledo į karštą vandenį, dalis vandens šilumos ištirpdo ledą. Likusi šiluma sušildo šaltą ledą vandenį, bet atvėsina karštą vandenį. Galima apskaičiuoti galutinę mišinio temperatūrą, jei žinote, kiek karšto vandens pradėjote, kartu su jo temperatūra ir kiek įpylėte ledo. Dvi fizinės savybės - specifinė šiluma ir sintezės šiluma - tiksliai lemia, kaip tirpsta ledas ir aušinamas vanduo.
Specifinė šiluma
Medžiagos specifinė šiluma matuoja, kiek energijos reikia jos temperatūrai pakelti. Pavyzdžiui, pridedant 1 kaloriją šilumos į 1 gramą vandens, ji sušyla 1 laipsniu Celsijaus (1,8 laipsnio pagal Celsijų). Priešingai, kai vanduo atvėsta; gramas vandens, kuris nukrenta 1 laipsniu šilumos, praranda 1 kaloriją šilumos energijos. Kitos medžiagos turi skirtingus specifinius karščius. Pavyzdžiui, norint pašildyti švino gramą 1 laipsniu Celsijaus, reikia tik 0,03 kalorijos.
Susiliejimo šiluma
Talpykla su vandeniu praranda 1 kaloriją už kiekvieną atvėsintą Celsijaus laipsnį. Tačiau kai jis pasiekia nulį Celsijaus laipsnių (32 laipsniai pagal Celsijų), situacija pasikeičia - vanduo virsta ledu. Šis procesas apima daug daugiau šilumos energijos - 79,7 kalorijos grame -, o vandens ir ledo mišinio temperatūra nesikeičia tol, kol visa neužšąla. Kai medžiaga praeina šią fazę, energija vadinama sintezės šiluma. Vandens molekulės praranda papildomą energiją, nes susikaupia į kietą medžiagą. Susiformavęs ledas keičia temperatūrą pagal savo specifinę šilumą - 0,49 kalorijos vienam Celsijaus laipsniui.
Energijos pokyčiai
Norint tiksliai nustatyti, kaip energija keičiasi įpilant ledo į karštą vandenį, reikia ledo ir vandens masės, taip pat vandens temperatūros. Pavyzdžiui, dėl specifinės šiluminės vertės vienas litras karšto vandens 75 laipsnių Celsijaus (167 laipsnių) temperatūroje Fahrenheit) turi 75 000 kalorijų energijos, daugiau nei tiek pat vandens esant 0 laipsnių Celsijaus (32 laipsnių) Fahrenheit). Į vandenį įpylus 100 gramų ledo, jo ištirpimui reikia 7 970 kalorijų; turima energija tampa 67 030 kalorijų. Kai jis taps vandeniu, 100 gramų iš likusio karšto vandens kiekio reikia 1 kalorijos vienam laipsniui, tačiau šiluma nėra "prarasta" - ji tiesiog persikėlė į šaltą vandenį.
Temperatūros pokytis
Kai ledas ištirpsta, karštas vanduo praranda 7970 kalorijų, vanduo atvėssta nuo 75 iki 67 laipsnių Celsijaus (153 laipsniai pagal Celsijų). Karštas vanduo praranda šilumą, o šaltas iš ištirpusio ledo - šilumą. Šiame pavyzdyje į 1000 gramų vandens pridedama tik 100 gramų ledo. Todėl karštas vanduo praranda nedaug temperatūros, o šaltas vanduo sušyla daugiau laipsnių. Padalinus 67 030 turimų kalorijų iš 1100 bendro vandens gramo, galutinė temperatūra yra apie 61 laipsniai Celsijaus (142 laipsniai pagal Celsijų). Karštas vanduo iš viso netenka 14 laipsnių šilumos (57 laipsniai pagal Celsijų), o šaltas vanduo - 61 laipsnį šilumos. Atkreipkite dėmesį, kad rezultatai priklauso nuo to, kiek ledo ir karšto vandens turite pradžioje. Jei į 1000 gramų vandens pridedate toną ledo, karštas vanduo nepakaks šilumos, kad ištirptų visas ledas.