Isi
Saat Anda menambahkan es ke air panas, sebagian dari air panas melelehkan es. Panas yang tersisa menghangatkan air sedingin es tetapi mendinginkan air panas dalam proses. Anda dapat menghitung suhu akhir campuran jika Anda tahu berapa banyak air panas yang Anda mulai, beserta suhunya dan berapa banyak es yang ditambahkan. Dua sifat fisik - panas spesifik dan panas fusi - menentukan dengan tepat bagaimana es mencair dan air mendingin.
Panas Spesifik
Panas spesifik suatu zat mengukur berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhunya. Misalnya, ketika Anda menambahkan 1 kalori panas ke 1 gram air, panasnya 1 derajat Celcius (1,8 derajat Fahrenheit). Yang sebaliknya adalah benar ketika air mendingin; satu gram air yang turun 1 derajat Celcius kehilangan 1 kalori energi panas. Zat lain memiliki panas spesifik yang berbeda. Misalnya, hanya dibutuhkan 0,03 kalori untuk memanaskan satu gram timah sebesar 1 derajat Celcius.
Panas dari Fusion
Satu wadah air kehilangan 1 kalori untuk setiap derajat Celsius yang mendingin. Namun, ketika mencapai nol derajat Celcius (32 derajat Fahrenheit), situasinya berubah - air berubah menjadi es. Proses ini melibatkan lebih banyak energi panas - 79,7 kalori per gram - dan suhu campuran air-es tidak berubah sampai semuanya membeku. Ketika suatu zat melewati fase ini, energi disebut panas fusi. Molekul air kehilangan energi ekstra karena mereka menggumpal menjadi padatan. Begitu es terbentuk, ia mengubah suhu menurut panas spesifiknya sendiri - 0,49 kalori per derajat Celcius.
Perubahan Energi
Untuk menentukan dengan tepat bagaimana energi berubah ketika Anda menambahkan es ke air panas, Anda perlu massa es dan air serta suhu air. Misalnya, karena nilai panas spesifiknya, satu liter air panas pada 75 derajat Celcius (167 derajat Fahrenheit) memiliki 75.000 kalori energi lebih dari jumlah air yang sama pada 0 derajat Celcius (32 derajat Fahrenheit). Menambahkan 100 gram es ke dalam air membutuhkan 7.970 kalori untuk mencairkannya; energi yang tersedia menjadi 67.030 kalori. Setelah menjadi air, 100 gram membutuhkan 1 kalori per derajat dari sisa panas dalam air panas, tetapi panasnya tidak “hilang” - ia hanya pindah ke air dingin.
Perubahan suhu
Saat air panas kehilangan 7.970 kalori untuk melelehkan es, air mendingin dari 75 hingga 67 derajat Celcius (153 derajat Fahrenheit). Air panas kehilangan panas, sedangkan air dingin dari es yang meleleh mendapatkan panas. Dalam contoh ini, hanya 100 gram es ditambahkan ke 1.000 gram air. Oleh karena itu, air panas kehilangan sejumlah kecil suhu, sedangkan air dingin menghangat dengan derajat yang lebih besar. Membagi 67.030 kalori yang tersedia dengan 1.100 total gram air memberikan suhu akhir sekitar 61 derajat Celcius (142 derajat Fahrenheit). Air panas kehilangan total 14 derajat Celcius (57 derajat Fahrenheit), dan air dingin naik 61 derajat Celcius. Perhatikan bahwa hasilnya tergantung pada seberapa banyak es dan air panas yang Anda miliki di awal. Jika Anda menambahkan satu ton es ke 1.000 gram air, air panas tidak akan memiliki cukup panas untuk melelehkan semua es.