Sisu
Kui lisate kuumale veele jää, sulatab osa vee kuumusest jää. Ülejäänud kuumus soojendab jääkülma vett, kuid jahutab protsessi käigus kuuma vett. Segu lõpliku temperatuuri saate arvutada, kui teate, kui palju sooja vett alustasite, koos selle temperatuuriga ja kui palju jääd lisasite. Kaks füüsikalist omadust - spetsiifiline kuumus ja sulandumissoojus - määravad täpselt, kuidas jää sulab ja vesi jahtub.
Spetsiifiline kuumus
Aine spetsiifiline kuumus mõõdab, kui palju energiat selle temperatuuri tõstmiseks kulub. Näiteks kui lisate 1 grammile veele 1 kalori soojust, soojeneb see 1 kraadi Celsiuse järgi (1,8 kraadi Fahrenheiti järgi). Vesi jahtudes on vastupidine; gramm vett, mis langeb 1 kraadi Celsiuse järgi, kaotab 1 kalor soojusenergiat. Teistel ainetel on erinevad erikuumud. Näiteks grammi plii kuumutamiseks 1 kraadi võrra kulub vaid 0,03 kalorit.
Termotuumasüntees
Mahutis vee kaotab 1 kalor iga jahutatud Celsiuse kraadi järgi. Kui see jõuab nullini Celsiuse kraadini (32 kraadi Fahrenheiti järgi), muutub olukord - vesi pöördub jääks. See protsess hõlmab palju rohkem soojusenergiat - 79,7 kalorit grammi kohta - ja vee-jää segu temperatuur ei muutu enne, kui see kõik külmub tahkeks. Kui aine läbib selle faasi, nimetatakse seda energiat termotuumasünteesiks. Veemolekulid kaotavad tahkeks aineks lisaenergiat. Kui jää on moodustunud, muudab see temperatuuri vastavalt tema enda soojusenergiale - 0,49 kalorit Celsiuse kraadi kohta.
Energiamuutus
Selleks, et täpselt kindlaks teha, kuidas energia kuumale veele jää lisamisel muutub, vajate jää ja vee massi ning vee temperatuuri. Näiteks ühe liitri kuuma vee temperatuuril 75 kraadi (167 kraadi Fahrenheiti) on oma erilise soojusväärtuse tõttu 75 000 kalorit energiat rohkem kui sama koguse veega temperatuuril 0 kraadi (32 kraadi Fahrenheiti). 100 grammi jää lisamine vette võtab selle sulatamiseks 7 970 kalorit; saadavast energiast saab 67 030 kalorit. Kui veest saab vesi, võtab 100 grammi sooja veega järelejäänud kuumusest 1 kalor kraadi kohta, kuid soojust ei kaotata - see on lihtsalt liikunud külma vette.
Temperatuuri muutus
Kuna kuum vesi kaotab jää sulamiseks 7970 kalorit, jahutab vesi temperatuuri 75–67 kraadi (153 kraadi Fahrenheiti järgi). Kuum vesi kaotab kuumuse, sulatatud jää külm vesi aga soojendab. Selles näites lisatakse 1000 grammisele veele ainult 100 grammi jääd. Seetõttu kaotab kuum vesi väikese hulga temperatuuri, seevastu külm vesi soojeneb suurema kraadi võrra. Jagades 67 030 saadaolevat kalorit 1100 grammi veega, saadakse lõpptemperatuur umbes 61 kraadi Celsiuse järgi (142 kraadi Fahrenheiti järgi). Kuum vesi kaotab kokku 14 kraadi Celsiuse järgi (57 kraadi Fahrenheiti järgi) ja külm vesi tugevneb 61 kraadi Celsiuse järgi. Pange tähele, et tulemused sõltuvad sellest, kui palju jääd ja kuuma vett teil alguses on. Kui lisate tonnile jääle 1000 grammi vett, pole kuumal veel kogu jää sulamiseks piisavalt soojust.