จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อน้ำแข็งถูกเติมลงในน้ำร้อนและพลังงานจะเปลี่ยนไปอย่างไร?

เมื่อคุณเติมน้ำแข็งลงในน้ำร้อน ความร้อนของน้ำบางส่วนจะละลายน้ำแข็ง ความร้อนที่เหลือจะอุ่นน้ำเย็นจัด แต่น้ำร้อนในกระบวนการจะเย็นลง คุณสามารถคำนวณอุณหภูมิสุดท้ายของส่วนผสมได้ หากคุณทราบปริมาณน้ำร้อนที่ใช้ อุณหภูมิและปริมาณน้ำแข็งที่คุณเติมลงไป คุณสมบัติทางกายภาพสองประการ -- ความร้อนจำเพาะและความร้อนของการหลอมเหลว -- เป็นตัวกำหนดว่าน้ำแข็งละลายได้อย่างไรและน้ำเย็นลง

ความร้อนจำเพาะของสารจะวัดว่าต้องใช้พลังงานเท่าใดในการเพิ่มอุณหภูมิ ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณเพิ่มความร้อน 1 แคลอรีลงในน้ำ 1 กรัม อุณหภูมิจะอุ่นขึ้น 1 องศาเซลเซียส (1.8 องศาฟาเรนไฮต์) สิ่งที่ตรงกันข้ามคือความจริงเมื่อน้ำเย็นลง น้ำหนึ่งกรัมที่ลดลง 1 องศาเซลเซียสจะสูญเสียพลังงานความร้อน 1 แคลอรี สารอื่นๆ มีความร้อนจำเพาะต่างกัน ตัวอย่างเช่น ใช้เวลาเพียง 0.03 แคลอรีในการทำให้ตะกั่ว 1 กรัมร้อนขึ้น 1 องศาเซลเซียส

ภาชนะใส่น้ำสูญเสีย 1 แคลอรี่ต่ออุณหภูมิที่เย็นลงทุกๆ องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิถึงศูนย์องศาเซลเซียส (32 องศาฟาเรนไฮต์) สถานการณ์จะเปลี่ยนไป น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง กระบวนการนี้ต้องใช้พลังงานความร้อนมากกว่า 79.7 แคลอรีต่อกรัม และอุณหภูมิของส่วนผสมระหว่างน้ำกับน้ำแข็งจะไม่เปลี่ยนแปลงจนกว่าน้ำแข็งทั้งหมดจะแข็งตัว เมื่อสารผ่านเฟสนี้ พลังงานจะเรียกว่าความร้อนของการหลอมรวม โมเลกุลของน้ำสูญเสียพลังงานพิเศษเมื่อจับตัวเป็นก้อนแข็ง เมื่อน้ำแข็งก่อตัวขึ้น อุณหภูมิจะเปลี่ยนไปตามความร้อนจำเพาะของมันเอง - 0.49 แคลอรีต่อองศาเซลเซียส

ในการพิจารณาว่าพลังงานเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อคุณเติมน้ำแข็งลงในน้ำร้อน คุณต้องใช้มวลของน้ำแข็งและน้ำ รวมถึงอุณหภูมิของน้ำด้วย ตัวอย่างเช่น เนื่องจากค่าความร้อนจำเพาะ น้ำร้อน 1 ลิตรที่อุณหภูมิ 75 องศาเซลเซียส (167 องศา ฟาเรนไฮต์) มีพลังงานมากกว่าน้ำปริมาณเท่ากันที่ 0 องศาเซลเซียส 75,000 แคลอรี (32 องศาเซลเซียส) ฟาเรนไฮต์). การเติมน้ำแข็ง 100 กรัมลงไปในน้ำจะใช้เวลา 7,970 แคลอรีในการละลาย พลังงานที่มีอยู่จะกลายเป็น 67,030 แคลอรี่ เมื่อมันกลายเป็นน้ำ 100 กรัมจะใช้เวลา 1 แคลอรีต่อองศาจากความร้อนที่เหลืออยู่ในน้ำร้อน แต่ความร้อนไม่ได้ "หายไป" - เพียงแค่เคลื่อนเข้าไปในน้ำเย็น

เนื่องจากน้ำร้อนสูญเสียพลังงานไป 7,970 แคลอรีในการละลายน้ำแข็ง น้ำเย็นจาก 75 ถึง 67 องศาเซลเซียส (153 องศาฟาเรนไฮต์) น้ำร้อนสูญเสียความร้อนในขณะที่น้ำเย็นจากน้ำแข็งละลายจะได้รับความร้อน ในตัวอย่างนี้ น้ำแข็งเพียง 100 กรัมถูกเติมลงในน้ำ 1,000 กรัม ดังนั้นน้ำร้อนจะสูญเสียอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย ในขณะที่น้ำเย็นจะอุ่นขึ้นหลายองศา หาร 67,030 แคลอรีที่มีอยู่ด้วย 1,100 กรัมของน้ำทั้งหมดทำให้อุณหภูมิสุดท้ายอยู่ที่ 61 องศาเซลเซียส (142 องศาฟาเรนไฮต์) น้ำร้อนสูญเสียอุณหภูมิรวม 14 องศาเซลเซียส (57 องศาฟาเรนไฮต์) และน้ำเย็นมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 61 องศาเซลเซียส โปรดทราบว่าผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำแข็งและน้ำร้อนที่คุณมีในตอนเริ่มต้น หากคุณเติมน้ำแข็ง 1 ตันลงในน้ำ 1,000 กรัม น้ำร้อนจะมีความร้อนไม่เพียงพอที่จะละลายน้ำแข็งทั้งหมด