Wanneer je ijs aan heet water toevoegt, smelt een deel van de warmte van het water het ijs. De resterende warmte verwarmt het ijskoude water, maar koelt het hete water in het proces af. Je kunt de eindtemperatuur van het mengsel berekenen als je weet met hoeveel heet water je bent begonnen, de temperatuur en hoeveel ijs je hebt toegevoegd. Twee fysieke eigenschappen - de soortelijke warmte en de smeltwarmte - bepalen precies hoe het ijs smelt en het water afkoelt.
Specifieke hitte
De soortelijke warmte van een stof meet hoeveel energie het kost om de temperatuur te verhogen. Als u bijvoorbeeld 1 calorie warmte toevoegt aan 1 gram water, wordt het 1 graad Celsius (1,8 graden Fahrenheit) warmer. Het tegenovergestelde is waar wanneer water afkoelt; een gram water dat 1 graad Celsius daalt, verliest 1 calorie aan warmte-energie. Andere stoffen hebben verschillende soortelijke warmte. Er zijn bijvoorbeeld slechts 0,03 calorieën nodig om een gram lood met 1 graad Celsius te verwarmen.
Hitte van Fusie
Een bak water verliest 1 calorie voor elke graad Celsius die hij afkoelt. Wanneer het echter nul graden Celsius (32 graden Fahrenheit) bereikt, verandert de situatie - water verandert in ijs. Dit proces omvat veel meer warmte-energie - 79,7 calorieën per gram - en de temperatuur van het water-ijsmengsel verandert niet totdat het allemaal vast bevriest. Wanneer een stof door deze fase gaat, wordt de energie de smeltwarmte genoemd. Watermoleculen verliezen extra energie als ze samenklonteren tot een vaste stof. Zodra ijs zich heeft gevormd, verandert het van temperatuur volgens zijn eigen specifieke warmte - 0,49 calorieën per graad Celsius.
Energieverandering
Om precies te bepalen hoe de energie verandert als je ijs aan heet water toevoegt, heb je de massa van het ijs en het water en de temperatuur van het water nodig. Door zijn specifieke warmtewaarde kan bijvoorbeeld één liter warm water van 75 graden Celsius (167 graden Fahrenheit) heeft 75.000 calorieën aan energie meer dan dezelfde hoeveelheid water bij 0 graden Celsius (32 graden Fahrenheit). Het toevoegen van 100 gram ijs aan het water kost 7.970 calorieën om het te laten smelten; de beschikbare energie wordt 67.030 calorieën. Zodra het water wordt, neemt de 100 gram 1 calorie per graad van de resterende warmte in het warme water, maar de warmte gaat niet "verloren" - het is gewoon in het koude water terechtgekomen.
Temperatuurverandering
Omdat het hete water 7.970 calorieën verliest om het ijs te smelten, koelt het water af van 75 tot 67 graden Celsius (153 graden Fahrenheit). Het warme water verliest warmte, terwijl het koude water van het gesmolten ijs warmte krijgt. In dit voorbeeld wordt slechts 100 gram ijs toegevoegd aan 1.000 gram water. Daarom verliest het warme water een kleine hoeveelheid temperatuur, terwijl het koude water een groter aantal graden opwarmt. Het delen van 67.030 beschikbare calorieën door 1.100 totale grammen water geeft een eindtemperatuur van ongeveer 61 graden Celsius (142 graden Fahrenheit). Het warme water verliest in totaal 14 graden Celsius (57 graden Fahrenheit) en het koude water wint 61 graden Celsius. Merk op dat de resultaten afhankelijk zijn van hoeveel ijs en warm water je aan het begin hebt. Als je een ton ijs toevoegt aan 1000 gram water, zal het hete water niet genoeg warmte hebben om al het ijs te smelten.