Als de omgevingstemperatuur rond een stuk ijs stijgt, zal ook de temperatuur van het ijs stijgen. Deze gestage temperatuurstijging stopt echter zodra het ijs zijn smeltpunt bereikt. Op dit punt ondergaat het ijs een verandering van toestand en verandert het in vloeibaar water, en de temperatuur zal niet veranderen totdat alles is gesmolten. U kunt dit testen met een eenvoudig experiment. Laat een kopje ijsblokjes achter in een hete auto en houd de temperatuur in de gaten met een thermometer. Je zult merken dat het ijskoude water op een ijzige 32 graden Fahrenheit (0 graden Celsius) blijft totdat alles is gesmolten. Als dat gebeurt, merk je een snelle temperatuurstijging omdat het water warmte blijft absorberen van de binnenkant van de auto.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Wanneer je ijs verwarmt, stijgt de temperatuur, maar zodra het ijs begint te smelten, blijft de temperatuur constant totdat al het ijs is gesmolten. Dit gebeurt omdat alle warmte-energie wordt gebruikt om de bindingen van de kristalroosterstructuur van het ijs te verbreken.
Faseveranderingen verbruiken energie
Wanneer je ijs verwarmt, krijgen de individuele moleculen kinetische energie, maar totdat de temperatuur het smeltpunt bereikt, hebben ze geen energie om de bindingen te verbreken die ze in een kristalstructuur houden. Ze trillen sneller binnen hun grenzen als je warmte toevoegt, en de temperatuur van het ijs stijgt. Op een kritiek punt – het smeltpunt – krijgen ze genoeg energie om los te breken. Wanneer dat gebeurt, wordt alle warmte-energie die aan het ijs wordt toegevoegd, geabsorbeerd door H2O moleculen die van fase veranderen. Er is niets meer over om de kinetische energie van de moleculen in vloeibare toestand te verhogen totdat alle bindingen die de moleculen in een kristalstructuur vasthouden, zijn verbroken. Hierdoor blijft de temperatuur constant totdat al het ijs is gesmolten.
Hetzelfde gebeurt als je water tot het kookpunt verwarmt. Het water zal opwarmen tot de temperatuur 212 F (100 C) bereikt, maar het wordt niet heter totdat alles in stoom is veranderd. Zolang vloeibaar water in een kokende pan blijft, is de temperatuur van het water 212 F, ongeacht hoe heet de vlam eronder is.
Er bestaat een evenwicht op het smeltpunt
Je vraagt je misschien af waarom gesmolten water niet heter wordt zolang er ijs in zit. Ten eerste is die verklaring niet helemaal juist. Als je een grote pan met water verwarmt die een enkel ijsblokje bevat, zal het water ver van het ijs dat doen beginnen op te warmen, maar in de directe omgeving van het ijsblokje zal de temperatuur constant blijven. Een manier om te begrijpen waarom dit gebeurt, is door te beseffen dat terwijl een deel van het ijs smelt, een deel van het water rond het ijs opnieuw bevriest. Dit creëert een evenwichtstoestand die helpt om de temperatuur constant te houden. Naarmate meer en meer ijs smelt, neemt de smeltsnelheid toe, maar de temperatuur stijgt pas als al het ijs verdwenen is.
Voeg meer warmte of wat druk toe
Het is mogelijk om een min of meer lineaire temperatuurstijging te creëren als je genoeg warmte toevoegt. Zet bijvoorbeeld een pan met ijs boven een kampvuur en noteer de temperatuur. U zult waarschijnlijk niet veel vertraging merken bij het smeltpunt, omdat de hoeveelheid warmte de smeltsnelheid beïnvloedt. Als je genoeg warmte toevoegt, kan het ijs min of meer spontaan smelten.
Als je water kookt, kun je de temperatuur van de vloeistof die nog in de pan zit verhogen door druk uit te oefenen. Een manier om dit te doen is om de stoom op te sluiten in een afgesloten ruimte. Door dit te doen, maak je het moeilijker voor moleculen om van fase te veranderen en blijven ze in vloeibare toestand terwijl de watertemperatuur boven het kookpunt stijgt. Dit is het idee achter snelkookpannen.
