Når du tilsetter is til varmt vann, smelter noe av vannets varme isen. Den gjenværende varmen varmer det iskalde vannet, men kjøler det varme vannet i prosessen. Du kan beregne blandingens endelige temperatur hvis du vet hvor mye varmt vann du startet med, sammen med temperaturen og hvor mye is du tilsatte. To fysiske egenskaper - den spesifikke varmen og fusjonsvarmen - bestemmer nøyaktig hvordan isen smelter og vannet avkjøles.
Spesifikk varme
Et stoffs spesifikke varme måler hvor mye energi det tar for å øke temperaturen. For eksempel, når du tilsetter 1 kalori varme til 1 gram vann, varmes det opp med 1 grad Celsius (1,8 grader Fahrenheit). Det motsatte gjelder når vann avkjøles; et gram vann som faller 1 grad Celsius mister 1 kalori varmeenergi. Andre stoffer har forskjellige spesifikke varmer. For eksempel tar det bare 0,03 kalorier å varme opp et gram bly med 1 grad Celsius.
Heat of Fusion
En beholder med vann mister 1 kalori for hver grad Celsius den avkjøles. Men når den når null grader Celsius (32 grader Fahrenheit), endrer situasjonen seg - vannet blir til is. Denne prosessen involverer mye mer varmeenergi - 79,7 kalorier per gram - og temperaturen på vann-isblandingen endres ikke før det hele fryser fast. Når et stoff går gjennom denne fasen, kalles energien fusjonsvarmen. Vannmolekyler mister ekstra energi når de klumper seg sammen i et fast stoff. Når is har dannet seg, endrer den temperaturen i henhold til sin egen spesifikke varme - 0,49 kalorier per grad Celsius.
Energiendring
For å bestemme nøyaktig hvordan energien endres når du tilfører is til varmt vann, trenger du massen av isen og vannet samt vanntemperaturen. For eksempel, på grunn av den spesifikke varmeverdien, en liter varmt vann ved 75 grader Celsius (167 grader) Fahrenheit) har 75 000 kalorier med energi mer enn samme mengde vann ved 0 grader Celsius (32 grader) Fahrenheit). Å tilsette 100 gram is til vannet tar 7 970 kalorier for å smelte det; den tilgjengelige energien blir 67.030 kalorier. Når det blir vann, tar 100 gram 1 kalori per grad fra gjenværende varme i varmt vann, men varmen blir ikke "tapt" - den har ganske enkelt flyttet inn i kaldt vann.
Temperaturendring
Ettersom det varme vannet mister 7970 kalorier for å smelte isen, avkjøles vannet fra 75 til 67 grader Celsius (153 grader Fahrenheit). Det varme vannet mister varmen, mens det kalde vannet fra den smeltede isen får varme. I dette eksemplet tilsettes bare 100 gram is til 1000 gram vann. Derfor mister det varme vannet en liten temperatur, mens det kalde vannet varmes opp med et større antall grader. Å dele 67.030 tilgjengelige kalorier med 1100 totale gram vann gir en sluttemperatur på ca 61 grader Celsius (142 grader Fahrenheit). Varmtvannet mister totalt 14 grader Celsius (57 grader Fahrenheit), og kaldt vann får 61 grader Celsius. Merk at resultatene avhenger av hvor mye is og varmt vann du har i starten. Hvis du tilsetter massevis av is til 1000 gram vann, vil ikke varmtvannet ha nok varme til å smelte all isen.