תוֹכֶן
- TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
- שינויי שלב צורכים אנרגיה
- שיווי משקל קיים בנקודת ההתכה
- הוסף עוד חום או לחץ מסוים
אם טמפרטורת הסביבה סביב פיסת קרח עולה, גם טמפרטורת הקרח תעלה. עם זאת, עלייה קבועה זו בטמפרטורה נעצרת ברגע שהקרח מגיע לנקודת ההתכה שלו. בשלב זה הקרח עובר שינוי מצב והופך למים נוזליים, והטמפרטורה שלו לא תשתנה עד שהכל יימס. אתה יכול לבדוק זאת באמצעות ניסוי פשוט. השאירו כוס קוביות קרח במכונית חמה ופקחו על הטמפרטורה באמצעות מדחום. תגלו שהמים הקפואים נותרו על פרנהייט קפואה (32 מעלות צלזיוס) עד שהכל נמס. כאשר זה קורה, תבחין בעליית טמפרטורה מהירה שכן המים ממשיכים לספוג חום מבפנים המכונית.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
כשמחממים קרח הטמפרטורה שלו עולה, אך ברגע שהקרח מתחיל להימס, הטמפרטורה נשארת קבועה עד שכל הקרח נמס. זה קורה מכיוון שכל אנרגיית החום עוברת לשבירת קשרי מבנה הסריג הגבישי.
שינויי שלב צורכים אנרגיה
כשאתם מחממים קרח, המולקולות הבודדות צוברות אנרגיה קינטית, אך עד שהטמפרטורה מגיעה לנקודת ההתכה, אין להם אנרגיה לשבור את הקשרים המחזיקים אותם במבנה גבישי. הם רוטטים מהר יותר בתחומם כשמוסיפים חום, וטמפרטורת הקרח עולה. בנקודה קריטית - נקודת ההתכה - הם רוכשים מספיק אנרגיה כדי להשתחרר. כשזה קורה, כל אנרגיית החום שנוספת לקרח נספגת על ידי H2מולקולות O שמשנות שלב. לא נותר דבר להגדיל את האנרגיה הקינטית של המולקולות במצב הנוזל עד שנשברו כל הקשרים המחזיקים את המולקולות במבנה גביש. כתוצאה מכך הטמפרטורה נשארת קבועה עד שכל הקרח נמס.
אותו דבר קורה כשאתה מחמם מים עד לנקודת הרתיחה. המים יתחממו עד שהטמפרטורה תגיע ל -21 צלזיוס (100 מעלות צלזיוס), אך הם לא יחממו עד שיהפוך לאדים. כל עוד נותרו מים נוזלים בתבנית רותחת, הטמפרטורה של המים היא 212 F, לא משנה כמה חם הלהבה מתחתיו.
שיווי משקל קיים בנקודת ההתכה
אתה יכול לתהות מדוע מים שנמסו לא הולכים ומחממים כל עוד יש בהם קרח. ראשית, ההצהרה הזו אינה מדויקת למדי. אם אתה מחמם מחבת גדולה מלאה מים המכילה קוביית קרח אחת, המים הרחוקים מהקרח יתחילו להתחמם, אך בסביבה הקרובה של קוביית הקרח הטמפרטורה תישאר קבועה. אחת הדרכים להבין מדוע זה קורה היא להבין שבעוד חלק מהקרח נמס, חלק מהמים סביב הקרח קופאים מחדש. זה יוצר מצב שיווי משקל שעוזר לשמור על הטמפרטורה קבועה. ככל שיותר ויותר קרח נמס, קצב ההיתוך עולה, אך הטמפרטורה לא עולה עד שכל הקרח נעלם.
הוסף עוד חום או לחץ מסוים
אפשר ליצור עליית טמפרטורה לינארית פחות או פחות אם מוסיפים מספיק חום. לדוגמה, הניחו מחבת קרח מעל מדורה ותיעדו את הטמפרטורה. אתה בטח לא תבחין בפיגור רב בנקודת ההיתוך מכיוון שכמות החום משפיעה על קצב ההיתוך. אם מוסיפים מספיק חום, הקרח יכול להמיס באופן פחות או יותר ספונטני.
אם אתה רותח מים, אתה יכול להעלות את הטמפרטורה של הנוזל שעדיין במחבת על ידי הוספת לחץ. אחת הדרכים לעשות זאת היא להגביל את הקיטור בחלל סגור. בכך אתה מקשה על מולקולות לשנות שלב, והן יישארו במצב הנוזל בזמן שטמפרטורת המים עולה על פני נקודת הרתיחה. זה הרעיון שמאחורי סיר לחץ.