Ciepło topnienia

Wiemy już, że celem stopienia jakiegoś ciała należy najpierw je ogrzać do temperatury topnienia, a potem jeszcze przez cały czas topnienia dostarczać mu ciepła; gdyby po ogrzaniu ciała do jego punktu topnienia przerwać następnie dalszy dopływ ciepła, to topnienie nie nastąpi.

Postarajmy się teraz chociaż w przybliżeniu wyznaczyć ciepło topnienia lodu.

W tym celu zagrzejmy 100 gr. wody do temperatury 80 stopni, a jednocześnie podczas ogrzewania wody odważmy 100 gr. lodu (o temp. 0 stopni), osuszonego przy pomocy bibuły lub suchej ściereczki. Koniec ważenia lodu winien odpowiadać chwili osiągnięcia przez wodę temperatury 80 stopni, bo w takim razie lód nie zdąży się stopić.

Teraz do zlewki (około 250 cm.3), owiniętej od dołu i z boków warstwą waty, (żeby się nie ogrzewała od otaczającego powietrza) wrzucamy odważony lód i wlewamy ogrzaną (do 80 stopni) wodę. Od tej chwili mieszamy zawartość zlewki przy pomocy szklanej bagietki tak długo, aż zniknie lód, badając termometrem od czasu do czasu temperaturę wody.

Otrzymana w ten sposób ciecz (po roztopieniu się lodu) posiada temperaturę około 0 stopni.

Zauważmy, że 100 gr. wody ostygło od 80 stopni do 0 stopni. Ponieważ 1 gr. (wody), ostygając o 1 stopień  oddaje 1 kalorię, więc 100 gr., oziębiając się nie o 1 stopnień, lecz o całe 80, odda 8000 kalorii.

Te 8000 kalorii ciepła zostały zużyte na zamianę 100 gr. lodu (o temp. 0 stopni) na wodę o tej samej temperaturze (tj. o 0 stopni), czyli dla stopienia 1 gr. lodu poszło: 80 kal.

Ta właśnie liczba, która wskazuje, ile kalorii ciepła dostarczyć należy każdemu gramowi lodu o temp. 0 stopni, żeby go zamienić na wodę o tej samej temperaturze, nazywa się ciepłem topnienia lodu.

Znaczenie ciepła topnienia lodu w przyrodzie

Z nastaniem wiosny, gdy temperatura otaczającego powietrza podniesie się powyżej zera, masy lodu i śniegu nagromadzone podczas zimy topnieją powoli, bo wszak każdy gram lodu dla swego stopienia wymaga dostarczenia mu aż 80 kalorii. Cóż by się stało, gdyby to ciepło topnienia lodu wynosiło tylko niewielką ilość kalorii? Wtedy przy nastaniu pierwszych dni ciepłych, a więc po dostarczeniu nawet nie tak dużych jeszcze ilości ciepła, ogromne zwały śniegów i lodu, topiąc się w krótkim czasie, wywoływałyby olbrzymie powodzie, zalewając całe okolice i niszcząc wszystko na swej drodze.

Zastosowanie ciepła topnienia lodu w lecznictwie

W niektórych chorobach, połączonych z silną gorączką, uciekamy się do ochładzania lodem. Czy woda, mająca 0 stopni, a więc taką samą temperaturę, jak lód topniejący, chłodziłaby równie dobrze jak lód?

Lód, zabierając od naszego ciała ciepło podczas topnienia, nie zmienia swojej temperatury na wyższą, ponieważ powstaje przy tern woda o temperaturze 0 stopni. Dopiero, gdy lód stopi się całkowicie, wtedy woda zeń powstała przy dalszym zetknięciu z naszym ciałem ogrzewać się zacznie i w końcu może przestać być dla nas środkiem chłodzącym. Tak więc lód, mający 0 stopni, lepiej chłodzi od wody o tej samej temperaturze, bo zanim się nią stanie, zabrać musi znaczne ilości ciepła, nie przestając być ciałem tak samo zimnem, jak na początku.

Ciepło rozpuszczania się soli

Do szklanki wody, której temperaturę oznaczyliśmy, wrzućmy garść soli, zwanej salmjakiem; sól ta znajdowała się przedtem w tym samym pokoju, co i woda w szklance, a więc posiada taką, jak i ona, temperaturę pokojową. Cóż zauważymy, mieszając szklaną laseczką wodę w celu przyśpieszenia rozpuszczania się soli?

Oto temperatura znacznie spadła. Zwróćmy uwagę na to, że tu zaszło coś podobnego do topnienia ciał. Wszak ciało pierwotnie stałe, mianowicie sól, przeszło w stan płynny, dając ciecz, którą nazywamy roztworem salmjaku. Ale dla tej zamiany ciała stałego na płyn, zostało także zużyte ciepło, ponieważ płyn od razu o parę stopni ostygł. To zużyte ciepło nosi nazwę ciepła rozpuszczania się ciała.

Mieszanina mrożąca

Opierając się na tym łatwo zrozumiemy, dlaczego to lód, mieszany z solą (kuchenną), może dać tak niską temperaturę, bo aż około dwudziestu stopni mrozu wynoszącą.

Lód, topniejąc, pochłania dużo ciepła; jeśli teraz jeszcze oprócz tego będzie zabierała ciepło sól dla swego rozpuszczania się w powstającej z topnienia lodu wodzie, to tak obfite zapotrzebowanie ciepła, wywołane przechodzeniem w stan płynny aż dwóch ciał stałych (lodu i soli), pociągnie za sobą silne oziębienie najbliższego otoczenia. Dlatego też mieszaninę lodu z solą nazywają mieszaniną mrożącą i używają jej np. podczas lata do wyrobu lodów.