Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Faseveranderingen verbruiken energie
- Er bestaat een evenwicht op het smeltpunt
- Voeg meer warmte of wat druk toe
Als de omgevingstemperatuur rond een stuk ijs stijgt, zal de temperatuur van het ijs ook stijgen. Deze gestage temperatuurstijging stopt echter zodra het ijs zijn smeltpunt bereikt. Op dit punt ondergaat het ijs een verandering van toestand en verandert in vloeibaar water, en de temperatuur zal niet veranderen totdat alles is gesmolten. Je kunt dit testen met een eenvoudig experiment. Laat een kop ijsblokjes in een hete auto en controleer de temperatuur met een thermometer. Je zult zien dat het ijskoude water op een ijzig 32 graden Fahrenheit (0 graden Celsius) blijft totdat alles is gesmolten. Wanneer dat gebeurt, merkt u een snelle temperatuurstijging terwijl het water warmte blijft absorberen vanuit de binnenkant van de auto.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Wanneer je ijs verwarmt, stijgt de temperatuur, maar zodra het ijs begint te smelten, blijft de temperatuur constant totdat al het ijs is gesmolten. Dit gebeurt omdat alle warmte-energie de binding van de kristalroosterstructuur van het ijs gaat verbreken.
Faseveranderingen verbruiken energie
Wanneer je ijs verwarmt, krijgen de individuele moleculen kinetische energie, maar totdat de temperatuur het smeltpunt bereikt, hebben ze geen energie om de bindingen te breken die ze in een kristalstructuur houden. Ze trillen sneller binnen hun grenzen als je warmte toevoegt, en de temperatuur van het ijs stijgt. Op een kritiek punt - het smeltpunt - verwerven ze voldoende energie om los te breken. Wanneer dat gebeurt, wordt alle warmte-energie die aan het ijs wordt toegevoegd, geabsorbeerd door H2O moleculen die fase veranderen. Er is niets meer over om de kinetische energie van de moleculen in vloeibare toestand te verhogen totdat alle bindingen die de moleculen in een kristalstructuur houden zijn verbroken. Bijgevolg blijft de temperatuur constant totdat al het ijs is gesmolten.
Hetzelfde gebeurt wanneer u water tot het kookpunt verwarmt. Het water zal verwarmen totdat de temperatuur 100 ° C bereikt, maar het wordt niet warmer totdat het allemaal in stoom is veranderd. Zolang vloeibaar water in een kokende pan blijft, is de temperatuur van het water 212 F, ongeacht hoe heet de vlam eronder is.
Er bestaat een evenwicht op het smeltpunt
Je vraagt je misschien af waarom gesmolten water niet warmer wordt zolang er ijs in zit. Allereerst is die verklaring niet helemaal juist. Als u een grote pan met water verwarmt dat een enkel ijsblokje bevat, begint het water ver van het ijs op te warmen, maar in de directe omgeving van het ijsblokje blijft de temperatuur constant. Een manier om te begrijpen waarom dit gebeurt, is te beseffen dat, terwijl een deel van het ijs smelt, een deel van het water rond het ijs opnieuw bevriest. Dit creëert een evenwichtstoestand die helpt de temperatuur constant te houden. Naarmate meer en meer ijs smelt, neemt de snelheid van smelten toe, maar de temperatuur stijgt niet totdat al het ijs verdwenen is.
Voeg meer warmte of wat druk toe
Het is mogelijk om een min of meer lineaire temperatuurstijging te creëren als je voldoende warmte toevoegt. Plaats bijvoorbeeld een pan met ijs boven een vreugdevuur en registreer de temperatuur. U zult waarschijnlijk niet veel vertraging op het smeltpunt opmerken omdat de hoeveelheid warmte de smeltsnelheid beïnvloedt. Als je voldoende warmte toevoegt, kan het ijs min of meer spontaan smelten.
Als u kokend water bent, kunt u de temperatuur van de vloeistof die nog in de pan zit verhogen door druk toe te voegen. Een manier om dit te doen is om de stoom in een afgesloten ruimte te beperken. Door dit te doen, maakt u het moeilijker voor moleculen om van fase te veranderen en blijven ze in vloeibare toestand terwijl de watertemperatuur voorbij het kookpunt stijgt. Dit is het idee achter snelkookpannen.