Сидя на улице в жаркий день, вы наблюдаете, как лед в вашем стакане с водой медленно тает. Позже вы выливаете немного льда из холодильника в раковину и включаете воду, чтобы лед растопил. Однако вы не всегда можете использовать этот трюк. Например, в холодный зимний день нельзя выливать стакан воды на покрытое льдом лобовое стекло автомобиля; это не растопит лед. Вода тает лед, но только при определенных условиях.
Процесс плавления
Плавление, по определению, - это процесс превращения вещества из твердой фазы в жидкую. Процесс плавления - это эндотермический процесс, а это означает, что для его возникновения необходимо поглощать тепловую энергию. Эта тепловая энергия исходит из окружающей среды, которая имеет больше энергии и более высокую температуру, чем вещество, подлежащее плавлению. Тепловая энергия передается только из-за разницы температур, что приводит к вещество плавится (или, по крайней мере, повышается температура), в то время как температура окружающей среды понижается. Температура плавления (называемая точкой плавления) различна для разных веществ.
Когда вода тает лед?
Большинству из нас известна температура плавления льда: 0 градусов по Цельсию или 32 градуса по Фаренгейту. Если температура льда ниже этого числа, он останется твердым; если температура льда повышается выше этого числа, лед превращается в жидкую воду. Если лед соприкасается с водой, мы знаем, что температура льда должна быть ниже 0 градусов по Цельсию, а температура воды должна быть выше 0 градусов по Цельсию. Из-за разницы температур будет происходить теплопередача. В результате температура воды понизится, а температура льда повысится.
Всегда ли вода тает лед?
Это зависит от того, сколько льда вы начали, от начальной температуры льда, количества использованной воды и начальной температуры воды. Если вы положите несколько кубиков льда в стакан с теплой водой, вы уже должны знать результат: вода остынет, а кубики льда растают. В этом случае достаточно воды при достаточно высокой начальной температуре, чтобы не только повысить температуру кубиков льда, но и растопить их.
Когда вода не растопит лед?
Теперь должно быть понятно, что не все случаи добавления воды растапливают лед. Даже если вода имеет более высокую температуру, чем лед, если льда значительно больше, чем воды, или если температура лед вначале очень низкий, тогда будет передаваться недостаточно тепловой энергии, чтобы повысить температуру льда и растопить его, тоже.
Резюме
Вода тает лед, потому что он имеет более высокую температуру, чем лед, поэтому тепловая энергия передается от воды ко льду. Поскольку действующий научный принцип заключается в передаче тепла, нет необходимости использовать воду для таяния льда. Любое вещество (твердое, жидкое или газообразное), имеющее более высокую температуру, чем лед, сможет передавать тепловую энергию, чтобы растопить лед.