Om omgivningstemperaturen runt en isbit ökar kommer isens temperatur också att öka. Men denna stadiga temperaturökning stannar så snart isen når sin smältpunkt. Vid denna tidpunkt genomgår isen ett tillståndsförändring och förvandlas till flytande vatten, och dess temperatur ändras inte förrän allt har smält. Du kan testa detta med ett enkelt experiment. Lämna en kopp isbitar i en varm bil och övervaka temperaturen med en termometer. Du kommer att upptäcka att det isiga vattnet förblir vid en frostig 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius) tills allt har smält. När det händer kommer du att märka en snabb temperaturökning när vattnet fortsätter att absorbera värme från insidan av bilen.
TL; DR (för lång; Läste inte)
När du värmer is stiger temperaturen, men så snart isen börjar smälta förblir temperaturen konstant tills all isen har smält. Detta händer eftersom all värmeenergi går till att bryta isens kristallgitterstrukturer.
Fasförändringar förbrukar energi
När du värmer is får de enskilda molekylerna kinetisk energi, men tills temperaturen når smältpunkten har de inte energi att bryta bindningarna som håller dem i en kristallstruktur. De vibrerar snabbare inom ramen när du tillsätter värme och isens temperatur stiger. Vid en kritisk punkt - smältpunkten - får de tillräckligt med energi för att bryta sig loss. När det händer absorberas all värmeenergi som läggs till isen av H
2O-molekyler som förändrar fas. Det finns inget kvar för att öka molekylernas kinetiska energi i flytande tillstånd tills alla bindningar som håller molekylerna i en kristallstruktur har brutits. Följaktligen förblir temperaturen konstant tills all is har smält.Samma sak händer när du värmer vatten till kokpunkten. Vattnet värms upp tills temperaturen når 100 ° C, men det blir inte varmare förrän allt har blivit ånga. Så länge flytande vatten förblir i en kokande kastrull är temperaturen på vattnet 212 F, oavsett hur het flamman under den är.
En jämvikt finns vid smältpunkten
Du kanske undrar varför vatten som har smält inte blir varmare så länge det finns is i det. Först och främst är det uttalandet inte riktigt korrekt. Om du värmer upp en stor panna full med vatten som innehåller en enda isbit, kommer vattnet långt från isen börjar värmas upp, men i isbitens omedelbara miljö kommer temperaturen att förbli konstant. Ett sätt att förstå varför detta händer är att inse att medan en del av isen smälter, fryser en del av vattnet runt isen igen. Detta skapar ett jämviktstillstånd som hjälper till att hålla temperaturen konstant. När mer och mer is smälter ökar smältningshastigheten, men temperaturen stiger inte förrän all isen är borta.
Lägg till mer värme eller lite tryck
Det är möjligt att skapa en mer eller mindre linjär temperaturökning om du tillsätter tillräckligt med värme. Lägg till exempel en ispanna över ett bål och registrera temperaturen. Du kommer antagligen inte märka mycket av en fördröjning vid smältpunkten eftersom mängden värme påverkar smälthastigheten. Om du tillsätter tillräckligt med värme kan isen smälta mer eller mindre spontant.
Om du kokar vatten kan du höja temperaturen på vätskan som fortfarande finns i pannan genom att lägga till tryck. Ett sätt att göra detta är att begränsa ångan i ett slutet utrymme. Genom att göra det gör du det svårare för molekyler att byta fas, och de kommer att stanna i flytande tillstånd medan vattentemperaturen stiger förbi kokpunkten. Detta är tanken bakom tryckkokare.