Inhoud
Wanneer je ijs aan heet water toevoegt, smelt een deel van de warmte van het water het ijs. De resterende warmte verwarmt het ijskoude water maar koelt het hete water daarbij. Je kunt de eindtemperatuur van het mengsel berekenen als je weet met hoeveel warm water je bent begonnen, samen met de temperatuur en hoeveel ijs je hebt toegevoegd. Twee fysieke eigenschappen - de soortelijke warmte en de smeltwarmte - bepalen precies hoe het ijs smelt en het water afkoelt.
Specifieke hitte
De specifieke warmte van een stof meet hoeveel energie er nodig is om de temperatuur te verhogen. Als u bijvoorbeeld 1 calorie warmte toevoegt aan 1 gram water, wordt het met 1 graad Celsius (1,8 graden Fahrenheit) opgewarmd. Het tegenovergestelde is waar wanneer water afkoelt; een gram water dat 1 graad Celsius laat vallen, verliest 1 calorie warmte-energie. Andere stoffen hebben verschillende specifieke hitte. Het kost bijvoorbeeld slechts 0,03 calorieën om een gram lood met 1 graad Celsius te verwarmen.
Warmte van Fusion
Een bak met water verliest 1 calorie per graad Celsius die het afkoelt. Wanneer het echter nul graden Celsius (32 graden Fahrenheit) bereikt, verandert de situatie - water verandert in ijs. Dit proces omvat veel meer warmte-energie - 79,7 calorieën per gram - en de temperatuur van het water-ijsmengsel verandert niet totdat het allemaal vastvriest. Wanneer een stof deze fase doorloopt, wordt de energie de smeltwarmte genoemd. Watermoleculen verliezen extra energie als ze samenvloeien tot een vaste stof. Zodra ijs is gevormd, verandert het de temperatuur volgens zijn eigen specifieke warmte - 0,49 calorieën per graad Celsius.
Energieverandering
Om precies te bepalen hoe de energie verandert wanneer je ijs aan heet water toevoegt, heb je de massa ijs en water nodig, evenals de temperatuur van het water. Vanwege zijn specifieke warmtewaarde heeft één liter heet water van 75 graden Celsius (167 graden Fahrenheit) bijvoorbeeld 75.000 calorieën meer energie dan dezelfde hoeveelheid water van 0 graden Celsius (32 graden Fahrenheit). Het toevoegen van 100 gram ijs aan het water kost 7.970 calorieën om het te smelten; de beschikbare energie wordt 67.030 calorieën. Zodra het water wordt, neemt de 100 gram 1 calorie per graad van de resterende warmte in het warme water, maar de warmte gaat niet "verloren" - het is gewoon in het koude water terechtgekomen.
Temperatuur verandering
Terwijl het hete water 7.970 calorieën verliest om het ijs te smelten, koelt het water van 75 tot 67 graden Celsius (153 graden Fahrenheit). Het warme water verliest warmte, terwijl het koude water uit het gesmolten ijs warmte krijgt. In dit voorbeeld wordt slechts 100 gram ijs toegevoegd aan 1.000 gram water. Daarom verliest het hete water een kleine hoeveelheid temperatuur, terwijl het koude water met een groter aantal graden opwarmt. Het delen van 67.030 beschikbare calorieën door 1.100 totale gram water geeft een eindtemperatuur van ongeveer 61 graden Celsius (142 graden Fahrenheit). Het warme water verliest in totaal 14 graden Celsius (57 graden Fahrenheit) en het koude water wordt 61 graden Celsius. Merk op dat de resultaten afhangen van hoeveel ijs en heet water je hebt in het begin. Als je een ton ijs toevoegt aan 1.000 gram water, heeft het hete water niet genoeg warmte om al het ijs te smelten.