Tengo curiosidad por saber qué sucede con la temperatura del agua en un balde de agua con hielo. Comencemos con un balde con solo hielo y agreguemos agua, en una habitación que esté a temperatura ambiente. Parece que hay dos posibilidades. Esto es intuitivamente lo que me imagino que sucede:
Mi pregunta específica es: en primer lugar, ¿es correcto lo anterior y, de ser así, cuál es la temperatura del agua en ese "punto de equilibrio intermedio"? ¿Son cero grados? Si es así, ¿por qué parte del agua existente no se convierte en hielo?
Sí, tu análisis es correcto. El agua en equilibrio con el hielo está a una temperatura de 0 grados C. La razón por la que el agua no se convierte espontáneamente en hielo tiene que ver con el calor latente de fusión.de agua: para que el agua se convierta en hielo a cero grados, hay que quitarle bastante calor. En el caso del agua/hielo, el calor latente es casi exactamente de 80 cal/g (334 J/g). Otra forma de pensar sobre esto: un gramo de hielo a cero C puede reducir la temperatura de 1 gramo de agua de 80 C a cero C (o 4 gramos de 20 a 0, etc.). Es por eso que puede agregar algunos trozos de hielo a una bebida y toda la bebida se enfriará sin diluirse demasiado. Agregar más hielo del necesario ayuda a acelerar el proceso (porque el área de superficie en contacto con el líquido es más grande), pero terminará con un poco de hielo sólido al final, y esto a su vez mantendrá el líquido a 0 C ya que cualquier el calor absorbido del ambiente se derretirá rápidamente un poco más de hielo.
Si apenas hay hielo, el agua se enfriará a medida que el hielo se caliente a 0°C, luego se enfriará un poco más a medida que el hielo se derrita. El enfriamiento se detiene cuando el hielo se derrite.
Si apenas hay agua, el agua se enfriará a 0°C. Si el hielo está a menos de 0 °C, esa pequeña cantidad de agua se congelará.
Si hay una cantidad intermedia de agua, el agua se enfriará a 0°C y el hielo se calentará a 0°C. El baño de agua/hielo permanecerá a 0 °C hasta que el calor del aire a temperatura ambiente y otros alrededores a temperatura ambiente derrita el hielo restante.
floris