氷の温度が融解するとどうなりますか?

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著者: Monica Porter
作成日: 14 行進 2021
更新日: 15 5月 2024
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【ゆっくり解説】氷に塩をかけるとなぜ冷たくなるのか
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氷の周りの周囲温度が上昇すると、氷の温度も上昇します。ただし、この温度の着実な上昇は、氷が融点に達するとすぐに停止します。この時点で、氷は状態の変化を経て液体の水に変わり、すべてが溶けるまで温度は変化しません。簡単な実験でこれをテストできます。熱い車にアイスキューブを置いておき、温度計で温度を監視します。氷のような水は、すべてが溶けるまで冷ややかな華氏32度(摂氏0度)のままです。それが起こるとき、水が車の内部から熱を吸収し続けるので、あなたは急速な温度上昇に気付くでしょう。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

氷を加熱するとその温度は上昇しますが、氷が溶け始めるとすぐに、すべての氷が溶けるまで温度は一定のままです。これは、すべての熱エネルギーが氷の結晶格子構造の結合を破壊するために起こります。

相変化エネルギー消費

氷を加熱すると、個々の分子は運動エネルギーを獲得しますが、温度が融点に達するまで、それらは結晶構造に保持されている結合を破壊するエネルギーを持っていません。熱を加えると、境界内でより速く振動し、氷の温度が上がります。臨界点である融点で、彼らは自由になるのに十分なエネルギーを獲得します。それが起こると、氷に加えられたすべての熱エネルギーがHに吸収されます2O分子が相を変化させます。結晶構造内の分子を保持しているすべての結合が破壊されるまで、液体状態の分子の運動エネルギーを増加させるものは何もありません。その結果、すべての氷が溶けるまで温度は一定のままです。

同じことは、水を沸点まで加熱しても起こります。水は温度が212 F(100 C)に達するまで加熱されますが、すべて蒸気に変わるまでは熱くなりません。沸騰した鍋に液体の水が残っている限り、その下の炎がどれほど熱くても、水の温度は212 Fです。

融点に平衡が存在する

氷が溶けている限り、溶けた水が熱くならないのはなぜかと思うかもしれません。まず第一に、その声明は非常に正確ではありません。単一のアイスキューブを含む水で満たされた大きな鍋を加熱すると、アイスから遠く離れた水が加熱し始めますが、アイスキューブのすぐ近くの環境では、温度は一定のままです。これが起こる理由を理解する1つの方法は、氷の一部が溶けている間、氷の周りの水が再凍結していることを認識することです。これにより、温度を一定に保つのに役立つ平衡状態が作成されます。ますます多くの氷が溶けるにつれて、溶ける速度は増加しますが、すべての氷がなくなるまで温度は上がりません。

熱または圧力を追加する

十分な熱を加えると、ほぼ線形の温度上昇を引き起こす可能性があります。たとえば、たき火の上に氷を置き、温度を記録します。熱の量が融解速度に影響を与えるため、おそらく融点で多くの遅れに気付かないでしょう。十分な熱を加えると、氷は自然に溶けます。

お湯を沸騰させる場合は、圧力を加えることで鍋に残っている液体の温度を上げることができます。これを行う1つの方法は、密閉された空間に蒸気を閉じ込めることです。そうすることで、分子の相変化をより困難にし、水温が沸点を超えて上昇する間、分子は液体状態のままになります。これは、圧力鍋の背後にある考え方です。