Digamos que me ponga hielo partir de una temperatura de $T \lt 0^\circ \textrm{C}$, y que se celebró en la presión constante de $1atm$ en contacto con un infinito depósito de calor a la temperatura exactamente $0^\circ \textrm{C}$. Cuando hemos alcanzado un estado de equilibrio se nos acaba el hielo, el agua y el hielo, o solo agua?
Dudo que la respuesta va a ser sólo agua, pero entre los otros dos, no sé.
TL;DR: Si el hielo se ha superficies entonces es completamente funden para formar agua. Si el hielo no tiene superficies (que es infinitamente grande), seguirá estando completamente de hielo.
He aquí el razonamiento:
Si nos imaginamos una idealizada del sistema que es infinitamente grande en extensión (es decir, las superficies y por lo tanto no la nucleación heterogénea), entonces el hielo se mantendrá en un estado hielo, con agua pequeños núcleos que se forman de manera espontánea y luego desaparecen de nuevo. Para ver por qué, considere cómo los cambios de energía libre cuando un núcleo de agua de radio $r$ formas:
$$ \Delta G=-\Delta G_V (4\pi r^3/3) + \gamma(4\pi r^2) $$
donde $\Delta G_V$ es la diferencia de energía libre entre las fases a granel, y $\gamma$ es la energía de superficie libre. En la convivencia punto, $\Delta G_V=0$, por definición, y así el crecimiento de una fase de agua sólo costo de la energía (es decir, no hay ningún tamaño crítico). La distribución del tamaño de estos al azar de las gotas de agua que será dada por la distribución de Boltzmann:
$$ P\propto \exp(-4\pi r^2 \gamma/k_BT) $$
En el mundo real, el hielo se han superficies. Y la energía de la superficie de hielo es mayor que la del agua, por lo que las capas exteriores se derrite, lo que resulta en un bloque de hielo rodeado por una capa de agua. Como antes, ya que ninguno de fase a granel se prefiere, a continuación, el sistema se moverá hacia el estado que minimiza la energía interfacial, y por lo que el hielo en el núcleo se reducirá en tamaño hasta que desaparezca.
El resultado es pura agua con pequeños núcleos de hielo espontáneamente se forman y se derriten con la misma distribución de tamaño de antes ($P\propto \exp(-4\pi r^2 \gamma/k_BT)$).
El hielo habría lugar a la misma temperatura del yacimiento (0 C). Una vez que llegó a esa temperatura, no habría más fuerza impulsora para la transferencia de calor, y el sistema estaría en equilibrio. Así sería el mismo que si se tomó ninguna bloque sólido de cualquier material en T < 0 C y la puso en contacto con un ideal infinito depósito en el 0 C. No sería conducción transitoria dentro del bloque hasta que el sistema se equilibra en 0 C.
Desde el reservorio de calor tiene exactamente 0 grados. el hielo habría de calor para alcanzar la misma temperatura, pero lo ideal sería no cambiar, ya que es directamente la de congelación/punto de fusión. La fusión del hielo podría requerir energía adicional.
En caso de estar sumergido en agua a punto de congelación:
Depende de la temperatura inicial de hielo. Dado que el equilibrio térmico es de 0 grados. C. el hielo se calienta a 0 grados. La energía perdida por el hielo podría ser consumido por el agua para la fase de transición, creando así adicional de la capa de hielo.
Simple respuesta: la cantidad de hielo que podría aumentar dependiendo de la inicial de hielo de la temperatura.
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