Ko v vročo vodo dodate led, nekaj vodne toplote topi led. Preostala toplota ogreje ledeno mrzlo vodo, vendar v njej ohladi vročo vodo. Končno temperaturo mešanice lahko izračunate, če veste, s koliko vroče vode ste začeli, skupaj z njeno temperaturo in koliko ledu ste dodali. Dve fizikalni lastnosti - specifična toplota in toplota fuzije - natančno določita, kako se led stopi in voda ohladi.
Specifična toplota
Specifična toplota snovi meri, koliko energije je potrebno za povišanje temperature. Ko na primer 1 gramu vode dodate 1 kalorijo toplote, se segreje za 1 stopinjo Celzija (1,8 stopinje Fahrenheita). Nasprotno je, ko se voda ohladi; gram vode, ki pade za 1 stopinjo Celzija, izgubi 1 kalorijo toplotne energije. Druge snovi imajo drugačno specifično toploto. Na primer, za segrevanje grama svinca za 1 stopinjo Celzija potrebujemo le 0,03 kalorije.
Vročina fuzije
Posoda z vodo izgubi 1 kalorijo za vsako stopinjo Celzija, ki jo ohladi. Ko pa doseže nič stopinj Celzija (32 stopinj Fahrenheita), se situacija spremeni - voda se spremeni v led. Ta postopek vključuje veliko več toplotne energije - 79,7 kalorij na gram - in temperatura mešanice vode in ledu se ne spremeni, dokler vse ne zamrzne. Ko gre snov skozi to fazo, se energija imenuje toplotna fuzija. Molekule vode izgubijo odvečno energijo, ko se strdijo v trdno snov. Ko se led oblikuje, spremeni temperaturo glede na svojo specifično toploto - 0,49 kalorij na stopinjo Celzija.
Sprememba energije
Če želite natančno določiti, kako se energija spremeni, ko v vročo vodo dodate led, potrebujete maso ledu in vode ter temperaturo vode. Na primer, zaradi svoje specifične toplotne vrednosti en liter vroče vode pri 75 stopinjah Celzija (167 stopinj Fahrenheit) ima 75.000 kalorij energije več kot enaka količina vode pri 0 stopinjah Celzija (32 stopinj Fahrenheit). Če v vodo dodate 100 gramov ledu, za njegovo taljenje porabite 7 970 kalorij; razpoložljiva energija postane 67.030 kalorij. Ko postane voda, 100 gramov vzame 1 kalorijo na stopinjo iz preostale toplote v vroči vodi, vendar se toplota ne "izgubi" - preprosto se je preselila v hladno vodo.
Sprememba temperature
Ko vroča voda izgubi 7970 kalorij za taljenje ledu, se voda ohladi od 75 do 67 stopinj Celzija (153 stopinj Fahrenheita). Vroča voda izgublja toploto, medtem ko hladna voda iz stopljenega ledu pridobi toploto. V tem primeru se 1000 gramov vode doda le 100 gramov ledu. Zato vroča voda izgubi majhno količino temperature, medtem ko se hladna voda segreje za večje število stopinj. Če 67.030 razpoložljivih kalorij razdelimo na 1.100 skupnih gramov vode, dobimo končno temperaturo približno 61 stopinj Celzija (142 stopinj Fahrenheita). Vroča voda skupno izgubi 14 stopinj Celzija (57 stopinj Celzija), hladna voda pa 61 stopinj Celzija. Upoštevajte, da so rezultati odvisni od tega, koliko ledu in tople vode imate na začetku. Če 1000 ton vode dodate tono ledu, vroča voda ne bo imela dovolj toplote, da bi stopila ves led.
