Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Изменения фазы потребляют энергию
- В точке плавления существует равновесие
- Добавить больше тепла или немного давления
Если температура окружающей среды вокруг куска льда увеличивается, температура льда также увеличивается. Однако это устойчивое повышение температуры прекращается, как только лед достигает точки плавления. В этот момент лед подвергается изменению состояния и превращается в жидкую воду, и его температура не изменится, пока все не растает. Вы можете проверить это с помощью простого эксперимента. Оставьте чашку кубиков льда в горячей машине и следите за температурой с помощью термометра. Вы найдете, что ледяная вода остается в морозных 32 градусах по Фаренгейту (0 градусов по Цельсию), пока все это не растает. Когда это произойдет, вы заметите быстрое повышение температуры, поскольку вода продолжает поглощать тепло изнутри автомобиля.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Когда вы нагреваете лед, его температура повышается, но как только лед начинает таять, температура остается постоянной, пока весь лед не растает. Это происходит потому, что вся тепловая энергия уходит на разрыв связей кристаллической кристаллической решетки льда.
Изменения фазы потребляют энергию
Когда вы нагреваете лед, отдельные молекулы приобретают кинетическую энергию, но пока температура не достигнет точки плавления, у них нет энергии, чтобы разорвать связи, которые удерживают их в кристаллической структуре. Они вибрируют быстрее в своих пределах, когда вы добавляете тепло, и температура льда повышается. В критической точке - точке плавления - они приобретают достаточно энергии, чтобы вырваться на свободу. Когда это происходит, вся тепловая энергия, добавляемая в лед, поглощается Н2O молекулы меняют фазу. Нет ничего, что могло бы увеличить кинетическую энергию молекул в жидком состоянии, пока все связи, удерживающие молекулы в кристаллической структуре, не будут разорваны. Следовательно, температура остается постоянной, пока весь лед не растает.
То же самое происходит, когда вы нагреваете воду до точки кипения. Вода будет нагреваться до тех пор, пока температура не достигнет 212 F (100 C), но она не станет горячей, пока все не превратится в пар. Пока жидкая вода остается в кипящей кастрюле, температура воды составляет 212 F, независимо от того, насколько горячим пламя под ней.
В точке плавления существует равновесие
Вы можете задаться вопросом, почему вода, которая растаяла, не станет более горячей, пока в ней есть лед. Прежде всего, это утверждение не совсем точно. Если вы нагреете большую кастрюлю, полную воды, которая содержит один кубик льда, вода вдали от льда начнет нагреваться, но в непосредственной близости от кубика льда температура останется постоянной. Один из способов понять, почему это происходит, - это осознать, что, хотя часть льда тает, часть воды вокруг льда снова замерзает. Это создает состояние равновесия, которое помогает поддерживать постоянную температуру. По мере того, как все больше и больше льда тает, скорость таяния увеличивается, но температура не повышается, пока весь лед не исчезнет.
Добавить больше тепла или немного давления
Можно создать более или менее линейный рост температуры, если добавить достаточно тепла. Например, положите кастрюлю со льдом на костер и запишите температуру. Вы, вероятно, не заметите большой задержки в точке плавления, потому что количество тепла влияет на скорость плавления. Если вы добавите достаточно тепла, лед может таять более или менее спонтанно.
Если вы кипятите воду, вы можете повысить температуру жидкости, все еще находящейся в поддоне, добавив давление. Один из способов сделать это - ограничить подачу пара в замкнутом пространстве. Делая это, вы затрудняете изменение фазы молекулами, и они будут оставаться в жидком состоянии, пока температура воды поднимается выше точки кипения. Это идея скороварки.