Jeśli temperatura otoczenia wokół kawałka lodu wzrośnie, temperatura lodu również wzrośnie. Jednak ten stały wzrost temperatury ustaje, gdy tylko lód osiągnie temperaturę topnienia. W tym momencie lód przechodzi zmianę stanu i zamienia się w ciekłą wodę, a jego temperatura nie zmieni się, dopóki cały się nie stopi. Możesz to przetestować za pomocą prostego eksperymentu. Zostaw filiżankę kostek lodu w rozgrzanym samochodzie i monitoruj temperaturę termometrem. Przekonasz się, że lodowata woda utrzymuje się w mroźnej temperaturze 0 stopni Celsjusza (32 stopnie Fahrenheita), dopóki cała się nie roztopi. Kiedy tak się stanie, zauważysz szybki wzrost temperatury, ponieważ woda nadal pochłania ciepło z wnętrza samochodu.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Kiedy podgrzewasz lód, jego temperatura wzrasta, ale gdy tylko lód zaczyna się topić, temperatura pozostaje stała, dopóki cały lód się nie roztopi. Dzieje się tak, ponieważ cała energia cieplna zużywana jest na rozerwanie wiązań struktury sieci krystalicznej lodu.
Zmiany fazowe zużywają energię
Kiedy podgrzewasz lód, poszczególne cząsteczki zyskują energię kinetyczną, ale dopóki temperatura nie osiągnie temperatury topnienia, nie mają energii, aby zerwać wiązania, które utrzymują je w strukturze krystalicznej. W miarę dodawania ciepła wibrują szybciej, a temperatura lodu rośnie. W punkcie krytycznym – temperaturze topnienia – nabierają wystarczającej ilości energii, aby się uwolnić. Kiedy tak się dzieje, cała energia cieplna dodana do lodu jest pochłaniana przez H2O cząsteczki zmieniające fazę. Nie pozostaje nic, co mogłoby zwiększyć energię kinetyczną cząsteczek w stanie ciekłym, dopóki wszystkie wiązania utrzymujące cząsteczki w strukturze krystalicznej nie zostaną zerwane. W konsekwencji temperatura pozostaje stała, dopóki cały lód się nie stopi.
To samo dzieje się, gdy podgrzewasz wodę do temperatury wrzenia. Woda będzie się nagrzewać, aż temperatura osiągnie 212 F (100 C), ale nie będzie cieplejsza, dopóki cała nie zamieni się w parę. Dopóki płynna woda pozostaje w naczyniu do gotowania, temperatura wody wynosi 212 F, bez względu na to, jak gorący jest płomień pod nią.
Równowaga istnieje w temperaturze topnienia
Możesz się zastanawiać, dlaczego woda, która się stopiła, nie stanie się cieplejsza, dopóki jest w niej lód. Przede wszystkim to stwierdzenie nie jest do końca trafne. Jeśli podgrzejesz dużą patelnię pełną wody, która zawiera pojedynczą kostkę lodu, woda z dala od lodu będzie zaczynają się nagrzewać, ale w bezpośrednim otoczeniu kostki lodu temperatura pozostanie stała. Jednym ze sposobów zrozumienia, dlaczego tak się dzieje, jest uświadomienie sobie, że podczas gdy część lodu topi się, część wody wokół lodu ponownie zamarza. Tworzy to stan równowagi, który pomaga utrzymać stałą temperaturę. Ponieważ coraz więcej lodu topi się, tempo topnienia wzrasta, ale temperatura nie wzrasta, dopóki cały lód nie zniknie.
Dodaj więcej ciepła lub trochę ciśnienia
Możliwe jest uzyskanie mniej więcej liniowego wzrostu temperatury, jeśli dodasz wystarczającą ilość ciepła. Na przykład umieść patelnię z lodem na ognisku i zapisz temperaturę. Prawdopodobnie nie zauważysz dużego opóźnienia w punkcie topnienia, ponieważ ilość ciepła wpływa na szybkość topnienia. Jeśli dodasz wystarczającą ilość ciepła, lód może się mniej lub bardziej spontanicznie stopić.
Jeśli gotujesz wodę, możesz podnieść temperaturę płynu znajdującego się jeszcze w garnku, dodając ciśnienie. Jednym ze sposobów na to jest zamknięcie pary w zamkniętej przestrzeni. W ten sposób utrudniasz cząsteczkom zmianę fazy i pozostaną one w stanie ciekłym, podczas gdy temperatura wody wzrośnie powyżej temperatury wrzenia. Taka jest idea szybkowarów.