Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Фазові зміни споживають енергію
- Рівновага існує в точці плавлення
- Додайте більше тепла або деякого тиску
Якщо температура навколишнього середовища навколо шматочка льоду зросте, температура льоду також зросте. Однак це постійне підвищення температури припиняється, як тільки лід досягає своєї температури плавлення. У цей момент лід зазнає зміни стану і перетворюється на рідку воду, і його температура не змінюватиметься, поки все це не розтане. Ви можете перевірити це простим експериментом. Залиште чашку кубиків льоду в гарячій машині і стежте за температурою за допомогою термометра. Ви виявите, що крижана вода залишається при морозній 32 градусі Фаренгейта (0 градусів Цельсія), поки вся вона не розтане. Коли це станеться, ви помітите швидке підвищення температури, оскільки вода продовжує поглинати тепло зсередини автомобіля.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Коли ви нагріваєте лід, його температура підвищується, але як тільки лід починає танути, температура залишається постійною, поки весь лід не розтане. Це відбувається тому, що вся теплова енергія переходить на розрив зв’язків структури кристалічної решітки льодів.
Фазові зміни споживають енергію
Коли ви нагріваєте лід, окремі молекули набувають кінетичної енергії, але поки температура не досягне температури плавлення, вони не мають енергії для розриву зв’язків, які утримують їх у кристалічній структурі. Вони швидше вібрують у межах їх меж, коли ви додаєте тепло, і температура льоду піднімається. У критичній точці - температурі плавлення вони набувають достатньо енергії, щоб звільнитися. Коли це станеться, вся теплова енергія, яка додається до льоду, поглинається Н2O, змінюючи фазу молекул. Для збільшення кінетичної енергії молекул у рідкому стані немає нічого, поки всі зв'язки, що утримують молекули в кристалічній структурі, не розірвані. Отже, температура залишається постійною, поки весь лід не розтане.
Те саме відбувається при нагріванні води до температури кипіння. Вода буде нагріватися до тих пір, поки температура не досягне 100 C (212 F), але вона не стане гарячішою, поки все не перетвориться на пару. Поки рідка вода залишається у киплячій посуді, температура води 212 F, незалежно від того, наскільки гаряче полум'я під нею.
Рівновага існує в точці плавлення
Вам може бути цікаво, чому вода, що розплавилася, не стає гарячішою, доки в ній є лід. Перш за все, це твердження не досить точне. Якщо нагріти велику каструлю, повну води, яка містить єдиний кубик льоду, вода, далека від льоду, почне нагріватися, але в найближчому оточенні кубика льоду температура залишатиметься постійною. Один із способів зрозуміти, чому це відбувається - усвідомити, що хоча частина льоду тане, частина води навколо льоду повторно замерзає. Це створює стан рівноваги, який допомагає підтримувати постійну температуру. Коли все більше та більше льодів плавиться, швидкість танення зростає, але температура не піднімається, поки весь лід не піде.
Додайте більше тепла або деякого тиску
Можливо створити більш-менш лінійний підйом температури, якщо додати достатню кількість тепла. Наприклад, поставте каструлю з льодом над багаттям і запишіть температуру. Ви, мабуть, не помітите значної відставання в точці плавлення, оскільки кількість тепла впливає на швидкість плавлення. Якщо додати достатню кількість тепла, лід може танути більш-менш спонтанно.
Якщо у вас кипляча вода, ви можете підвищити температуру рідини, яка все ще знаходиться в каструлі, додавши тиск. Один із способів зробити це - обмежити пар у закритому просторі. Роблячи це, ви ускладнюєте зміну фази молекулам, і вони залишаться в рідкому стані, поки температура води підвищуватиметься за температуру кипіння. Це ідея, що стоїть на скороварках.