När du lägger till is till hett vatten smälter en del av vattenvärmen isen. Den återstående värmen värmer det iskalla vattnet men kyler det heta vattnet under processen. Du kan beräkna blandningens slutliga temperatur om du vet hur mycket varmt vatten du började med, tillsammans med dess temperatur och hur mycket is du tillsatt. Två fysiska egenskaper - den specifika värmen och smältvärmen - avgör exakt hur isen smälter och vattnet svalnar.
Specifik värme
Ett ämnes specifika värme mäter hur mycket energi det tar för att höja temperaturen. När du till exempel tillsätter 1 kalori värme till 1 gram vatten värms den upp med 1 grad Celsius (1,8 grader Fahrenheit). Motsatsen gäller när vatten svalnar; ett gram vatten som sjunker 1 grad Celsius förlorar 1 kalori värmeenergi. Andra ämnen har olika specifika värmer. Det tar till exempel bara 0,03 kalorier för att värma ett gram bly med 1 grad Celsius.
Heat of Fusion
En behållare med vatten förlorar 1 kalori för varje grad Celsius som den svalnar. Men när det når noll grader Celsius (32 grader Fahrenheit) ändras situationen - vattnet blir till is. Denna process involverar mycket mer värmeenergi - 79,7 kalorier per gram - och temperaturen på vatten-isblandningen ändras inte förrän allt fryser fast. När ett ämne går igenom denna fas kallas energin fusionsvärme. Vattenmolekyler förlorar extra energi när de klumpar sig i en fast substans. När is väl har bildats ändrar den temperaturen enligt sin egen specifika värme - 0,49 kalorier per grad Celsius.
Energiförändring
För att bestämma exakt hur energin förändras när du lägger is till varmt vatten behöver du massan av isen och vattnet samt vattentemperaturen. Till exempel, på grund av dess specifika värmevärde, en liter varmvatten vid 75 grader Celsius (167 grader) Fahrenheit) har 75 000 kalorier energi mer än samma mängd vatten vid 0 grader Celsius (32 grader) Fahrenheit). Att tillsätta 100 gram is till vattnet tar 7 970 kalorier för att smälta det; den tillgängliga energin blir 67 030 kalorier. När det har blivit vatten tar 100 gram 1 kalori per grad från återstående värme i varmt vatten, men värmen försvinner inte - den har helt enkelt flyttat in i kallt vatten.
Temperaturförändring
När det varma vattnet tappar 7 970 kalorier för att smälta isen svalnar vattnet från 75 till 67 grader Celsius (153 grader Fahrenheit). Det varma vattnet tappar värme medan det kalla vattnet från den smälta isen får värme. I detta exempel tillsätts endast 100 gram is till 1000 gram vatten. Därför tappar varmvattnet en liten temperatur, medan det kalla vattnet värms upp med ett större antal grader. Att dela 67.030 tillgängliga kalorier med 1100 gram totalt vatten ger en slutlig temperatur på cirka 61 grader Celsius (142 grader Fahrenheit). Det varma vattnet förlorar totalt 14 grader Celsius (57 grader Fahrenheit), och det kalla vattnet får 61 grader Celsius. Observera att resultaten beror på hur mycket is och varmt vatten du har i början. Om du lägger till massor med is till 1000 gram vatten har det heta vattnet inte tillräckligt med värme för att smälta all is.