Коли ви додаєте лід у гарячу воду, частина тепла води розтоплює лід. Залишок тепла нагріває крижану воду, але при цьому охолоджує гарячу воду. Ви можете розрахувати кінцеву температуру суміші, якщо знаєте, з якою кількістю гарячої води ви почали, а також її температуру та скільки льоду ви додали. Дві фізичні властивості - питома теплота і теплота плавлення - визначають, як саме тане лід і охолоджується вода.
Специфічне тепло
Специфічне тепло речовини вимірює, скільки енергії потрібно для підвищення температури. Наприклад, коли ви додаєте 1 калорію тепла до 1 грама води, вона нагрівається на 1 градус Цельсія (1,8 градуса за Фаренгейтом). Справа протилежна, коли вода охолоджується; грам води, що падає на 1 градус Цельсія, втрачає 1 калорію теплової енергії. Інші речовини мають різну специфічну теплоту. Наприклад, для нагрівання грама свинцю на 1 градус Цельсія потрібно всього 0,03 калорії.
Спека плавлення
Ємність з водою втрачає 1 калорію на кожен градус Цельсія, коли вона охолоджується. Однак коли він досягає нуля градусів Цельсія (32 градуси за Фаренгейтом), ситуація змінюється - вода перетворюється на лід. Цей процес включає набагато більше теплової енергії - 79,7 калорій на грам - і температура водно-крижаної суміші не змінюється, поки вся вона не замерзне. Коли речовина проходить через цю фазу, енергія називається теплом плавлення. Молекули води втрачають зайву енергію, коли злипаються в тверду речовину. Після утворення льоду він змінює температуру відповідно до власного питомого тепла - 0,49 калорій на градус Цельсія.
Зміна енергії
Щоб точно визначити, як змінюється енергія, коли ви додаєте лід до гарячої води, вам потрібна маса льоду та води, а також температура води. Наприклад, через свою питому теплоємність один літр гарячої води при 75 градусах Цельсія (167 градусів Фаренгейта) має 75000 калорій енергії більше, ніж та ж кількість води при 0 градусах Цельсія (32 градуси Фаренгейта). Додавання 100 грам льоду у воду потребує 7970 калорій, щоб вона розтанула; доступна енергія стає 67 030 калорій. Після того, як він стає водою, 100 грам забирає 1 калорію на градус із залишку тепла в гарячій воді, але тепло не «втрачається» - воно просто переходить у холодну воду.
Зміна температури
Оскільки гаряча вода втрачає 7970 калорій, щоб розтопити лід, вода охолоджується від 75 до 67 градусів Цельсія (153 градуси за Фаренгейтом). Гаряча вода втрачає тепло, тоді як холодна вода від розтопленого льоду отримує тепло. У цьому прикладі до 1000 грамів води додають лише 100 грамів льоду. Тому гаряча вода втрачає невелику кількість температури, тоді як холодна вода нагрівається на більшу кількість градусів. Поділ 67 030 доступних калорій на 1100 загальних грамів води дає кінцеву температуру близько 61 градуса Цельсія (142 градуси за Фаренгейтом). Гаряча вода втрачає в цілому 14 градусів Цельсія (57 градусів за Фаренгейтом), а холодна вода набирає 61 градус Цельсія. Зверніть увагу, що результати залежать від кількості льоду та гарячої води у вас на початку. Якщо до 1000 г води додати тонну льоду, гаряча вода не матиме достатньої кількості тепла, щоб розтопити весь лід.