Dacă temperatura ambiantă din jurul unei bucăți de gheață crește, temperatura gheții va crește și ea. Cu toate acestea, această creștere constantă a temperaturii se oprește imediat ce gheața atinge punctul de topire. În acest moment, gheața suferă o schimbare de stare și se transformă în apă lichidă, iar temperatura sa nu se va schimba până când nu s-ar fi topit. Puteți testa acest lucru cu un experiment simplu. Lăsați o ceașcă de cuburi de gheață într-o mașină fierbinte și monitorizați temperatura cu un termometru. Veți descoperi că apa înghețată rămâne la o temperatură înghețată de 32 grade Fahrenheit (0 grade Celsius) până când toata aceasta s-a topit. Când se întâmplă acest lucru, veți observa o creștere rapidă a temperaturii, deoarece apa continuă să absoarbă căldura din interiorul mașinii.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Când încălziți gheața, temperatura acesteia crește, dar de îndată ce gheața începe să se topească, temperatura rămâne constantă până când toată gheața s-a topit. Acest lucru se întâmplă deoarece toată energia termică intră în ruperea legăturilor structurii rețelei cristaline a gheții.
Schimbările de fază consumă energie
Când încălziți gheața, moleculele individuale câștigă energie cinetică, dar până când temperatura atinge punctul de topire, nu au energie pentru a rupe legăturile care le țin într-o structură cristalină. Vibrează mai repede în limitele lor pe măsură ce adăugați căldură, iar temperatura gheții crește. Într-un punct critic - punctul de topire - dobândesc suficientă energie pentru a se elibera. Când se întâmplă acest lucru, toată energia termică adăugată la gheață este absorbită de H2Faza de schimbare a moleculelor O. Nu mai rămâne nimic care să mărească energia cinetică a moleculelor în stare lichidă până când nu au fost rupte toate legăturile care dețin moleculele într-o structură cristalină. În consecință, temperatura rămâne constantă până când toată gheața s-a topit.
Același lucru se întâmplă atunci când încălziți apa până la punctul de fierbere. Apa se va încălzi până când temperatura atinge 212 F (100 C), dar nu se va încălzi până nu se va transforma în abur. Atâta timp cât apa lichidă rămâne într-o tigaie care fierbe, temperatura apei este de 212 F, indiferent cât de fierbinte este flacăra de sub ea.
Există un echilibru la punctul de topire
S-ar putea să vă întrebați de ce apa care s-a topit nu se va încălzi atâta timp cât este gheață în ea. În primul rând, această afirmație nu este destul de exactă. Dacă încălziți o tigaie mare plină cu apă care conține un singur cub de gheață, apa departe de gheață va fi începe să se încălzească, dar în mediul imediat al cubului de gheață, temperatura va rămâne constantă. O modalitate de a înțelege de ce se întâmplă acest lucru este să ne dăm seama că, în timp ce o parte din gheață se topește, o parte din apa din jurul acesteia se reîngheață. Aceasta creează o stare de echilibru care ajută la menținerea temperaturii constante. Pe măsură ce se topesc din ce în ce mai mult gheața, rata de topire crește, dar temperatura nu crește până nu dispare toată gheața.
Adăugați mai multă căldură sau ceva presiune
Este posibil să creați o creștere a temperaturii mai mult sau mai puțin liniară dacă adăugați suficientă căldură. De exemplu, puneți o tigaie de gheață peste un foc și înregistrați temperatura. Probabil că nu veți observa prea mult decalaj la punctul de topire, deoarece cantitatea de căldură afectează rata de topire. Dacă adăugați suficientă căldură, gheața se poate topi mai mult sau mai puțin spontan.
Dacă fierbeți apă, puteți crește temperatura lichidului încă în tigaie prin adăugarea de presiune. O modalitate de a face acest lucru este de a limita aburul într-un spațiu închis. Procedând astfel, faceți mai dificilă modificarea fazei moleculelor și acestea vor rămâne în stare lichidă în timp ce temperatura apei crește după punctul de fierbere. Aceasta este ideea din spatele oalelor sub presiune.
