Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Zmiany fazowe zużywają energię
- W punkcie topnienia istnieje równowaga
- Dodaj więcej ciepła lub trochę ciśnienia
Jeśli temperatura otoczenia wokół kawałka lodu wzrośnie, temperatura lodu również wzrośnie. Jednak ten stały wzrost temperatury ustaje, gdy tylko lód osiągnie swoją temperaturę topnienia. W tym momencie lód ulega zmianie i zmienia się w ciekłą wodę, a jego temperatura nie zmienia się, dopóki wszystko się nie stopi. Możesz to sprawdzić za pomocą prostego eksperymentu. Pozostaw filiżankę kostek lodu w gorącym samochodzie i monitoruj temperaturę za pomocą termometru. Przekonasz się, że lodowata woda pozostaje na mroźnym 32 stopniach Fahrenheita (0 stopni Celsjusza), dopóki wszystko się nie stopi. Kiedy tak się stanie, zauważysz szybki wzrost temperatury, gdy woda będzie nadal absorbować ciepło z wnętrza samochodu.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Gdy podgrzejesz lód, jego temperatura wzrośnie, ale gdy tylko lód zacznie się topić, temperatura pozostaje stała, dopóki cały lód się nie stopi. Dzieje się tak, ponieważ cała energia cieplna ulega zerwaniu wiązań struktury sieci krystalicznej lodu.
Zmiany fazowe zużywają energię
Po podgrzaniu lodu poszczególne cząsteczki zyskują energię kinetyczną, ale dopóki temperatura nie osiągnie temperatury topnienia, nie mają one energii, aby zerwać wiązania, które utrzymują je w strukturze krystalicznej. Szybko wibrują w swoich granicach, gdy dodajesz ciepło, a temperatura lodu rośnie. W punkcie krytycznym - punkcie topnienia - uzyskują wystarczającą ilość energii, aby się uwolnić. Kiedy tak się dzieje, cała energia cieplna dodana do lodu jest absorbowana przez H.2Faza zmiany cząsteczek O. Nie ma już nic, co mogłoby zwiększyć energię kinetyczną cząsteczek w stanie ciekłym, dopóki wszystkie wiązania utrzymujące cząsteczki w strukturze krystalicznej nie zostaną zerwane. W konsekwencji temperatura pozostaje stała, dopóki cały lód się nie stopi.
To samo dzieje się, gdy podgrzejesz wodę do temperatury wrzenia. Woda będzie się nagrzewać, aż temperatura osiągnie 212 F (100 C), ale nie będzie już cieplej, dopóki nie zmieni się w parę. Tak długo, jak ciekła woda pozostaje na wrzącej patelni, temperatura wody wynosi 212 F, bez względu na to, jak gorący jest płomień pod nią.
W punkcie topnienia istnieje równowaga
Być może zastanawiasz się, dlaczego woda, która się stopiła, nie będzie cieplejsza, dopóki będzie w niej lód. Po pierwsze, stwierdzenie to nie jest całkiem dokładne. Jeśli podgrzejesz dużą miskę pełną wody, która zawiera pojedynczą kostkę lodu, woda daleko od lodu zacznie się nagrzewać, ale w bezpośrednim otoczeniu kostki lodu temperatura pozostanie stała. Jednym ze sposobów, aby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, jest uświadomienie sobie, że podczas gdy część lodu topnieje, część wody wokół lodu ponownie się zamarza. Tworzy to stan równowagi, który pomaga utrzymać stałą temperaturę. W miarę jak coraz więcej topi się lodu, szybkość topnienia wzrasta, ale temperatura nie rośnie, dopóki cały lód nie zniknie.
Dodaj więcej ciepła lub trochę ciśnienia
Można dodać mniej więcej liniowy wzrost temperatury, jeśli doda się wystarczającą ilość ciepła. Na przykład połóż patelnię z lodem na ognisku i zapisz temperaturę. Prawdopodobnie nie zauważysz dużego opóźnienia w punkcie topnienia, ponieważ ilość ciepła wpływa na szybkość topnienia. Jeśli dodasz wystarczającą ilość ciepła, lód może stopić się mniej więcej samorzutnie.
Jeśli gotujesz wodę, możesz podnieść temperaturę cieczy wciąż znajdującej się na patelni, dodając ciśnienie. Jednym ze sposobów jest zamknięcie pary w zamkniętej przestrzeni. W ten sposób cząsteczki utrudniają zmianę fazy, a one pozostają w stanie ciekłym, podczas gdy temperatura wody wzrośnie powyżej temperatury wrzenia. Taki jest pomysł szybkowarów.