Keď pridáte ľad do horúcej vody, časť jej tepla rozpustí ľad. Zvyšné teplo ohrieva ľadovo studenú vodu, ale ohrieva horúcu vodu. Konečnú teplotu zmesi môžete vypočítať, ak viete, s koľkou teplou vodou ste začali, ako aj s jej teplotou a koľko ľadu ste pridali. Dve fyzikálne vlastnosti - špecifické teplo a teplo fúzie - určujú presne to, ako sa topí ľad a voda sa ochladzuje.
Špecifické teplo
Špecifické teplo látky meria, koľko energie je potrebné na zvýšenie jej teploty. Napríklad, keď do 1 gramu vody pridáte 1 kalóriu tepla, zahreje sa o 1 stupeň Celzia (1,8 stupňa Fahrenheita). Opak je pravdou, keď voda vychladne; gram vody, ktorá klesne o 1 stupeň Celzia, stratí 1 kalóriu tepelnej energie. Ostatné látky majú rôzne špecifické horúčavy. Napríklad na ohriatie gramu olova o 1 stupeň Celzia je potrebných len 0,03 kalórie.
Teplo fúzie
Nádoba s vodou stratí 1 kalóriu na každý stupeň Celzia, ktorý ochladí. Keď však dosiahne nula stupňov Celzia (32 stupňov Fahrenheita), situácia sa zmení - voda sa zmení na ľad. Tento proces zahŕňa oveľa viac tepelnej energie - 79,7 kalórií na gram - a teplota zmesi voda-ľad sa nezmení, kým celá nezmrzne. Keď látka prechádza touto fázou, energia sa nazýva teplo fúzie. Molekuly vody strácajú ďalšiu energiu, keď sa zhlukujú do pevnej látky. Len čo sa vytvorí ľad, mení teplotu podľa vlastného špecifického tepla - 0,49 kalórie na stupeň Celzia.
Zmena energie
Aby ste mohli presne určiť, ako sa energia mení, keď pridáte ľad do horúcej vody, potrebujete hmotnosť ľadu a vody, ako aj teplotu vody. Napríklad pre svoju špecifickú tepelnú hodnotu jeden liter horúcej vody pri teplote 75 stupňov Celzia (167 stupňov) Fahrenheit) má o 75 000 kalórií energie viac ako rovnaké množstvo vody pri 0 stupňoch Celzia (32 stupňov) Fahrenheita). Pridanie 100 gramov ľadu do vody vyžaduje jeho rozpustenie 7 970 kalórií; dostupná energia sa stane 67 030 kalórií. Akonáhle sa z nej stane voda, 100 gramov vezme 1 kalóriu na stupeň zo zostávajúceho tepla v horúcej vode, ale teplo sa „nestratí“ - jednoducho sa presunulo do studenej vody.
Zmena teploty
Pretože horúca voda stráca topením ľadu 7 970 kalórií, voda sa ochladí na 75 až 67 stupňov Celzia (153 stupňov Fahrenheita). Horúca voda stráca teplo, zatiaľ čo studená voda z topeného ľadu získava teplo. V tomto príklade sa do 1 000 gramov vody pridá iba 100 gramov ľadu. Preto horúca voda stráca malú teplotu, zatiaľ čo studená sa ohrieva o viac stupňov. Vydelením 67 030 dostupných kalórií celkovým počtom 1 100 gramov vody sa dosiahne konečná teplota asi 61 stupňov Celzia (142 stupňov Fahrenheita). Horúca voda stráca celkovo 14 stupňov Celzia (57 stupňov Fahrenheita) a studená zase 61 stupňov Celzia. Upozorňujeme, že výsledky závisia od toho, koľko ľadu a horúcej vody máte na začiatku. Ak pridáte tonu ľadu do 1 000 gramov vody, horúca voda nebude mať dostatok tepla na to, aby všetok ľad roztopila.