Solución:
Seguro que se puede derretir. El hielo es menos denso que el agua líquida. La diferencia de volumen (el agua fundida no llenará el cubo por completo) se llena con vapor de agua.
En caso de que se pregunte por qué se crea el vapor de agua:
Es posible que hayas visto el experimento en el que el agua comienza a hervir si la pones al vacío. Si no hay una bomba de vacío para eliminar el vapor, la ebullición se detendrá una vez que el vapor haya aumentado suficientemente la presión. (La presión de equilibrio se llama presión de vapor y depende de la temperatura).
Lo mismo sucede en su ejemplo: si el hielo derretido creara un vacío, el agua herviría hasta que el vapor lo llenara.
Todos los cuerpos entran en equilibrio termodinámico, y también lo hará el cubo con el hielo adentro, por la radiación del cuerpo negro del ambiente y la convección en la caja, por lo que se derretirá si la temperatura ambiente es superior a 4 ° C. Una respuesta relevante está aquí
la altura que ha aumentado el agua debido al hielo derretido es exactamente la misma que el aumento de altura debido a la flotabilidad antes de que el hielo se derritiera.
Si la temperatura exterior es inferior a 0 ° C, el hielo no se derretirá sino que se enfriará más, el equilibrio será una temperatura más baja.
Cuando el agua pasa de un líquido a un sólido (se congela), su densidad disminuye en aproximadamente un 9%, lo cual es inusual entre los compuestos químicos. Ésta es la razón por la que el hielo flota en agua líquida. Cuando el agua está en estado de hielo, su densidad comienza a aumentar ligeramente a medida que la temperatura desciende por debajo de cero, aunque nunca se vuelve tan densa como el agua líquida.
Entonces no habrá problema. Si llena la caja con agua y la congela, habría una gran presión sobre la caja contenedora debido a la disminución del 9% en la densidad a medida que se forman los cristales de hielo. El motivo de la rotura de las tuberías en una helada.
No se puede detener la transferencia de calor. El cubo llegará a la temperatura de la habitación.
Si la habitación está a 68 ° F, la presión será de 0.0231 atmósfera. La presión de vapor del agua a 68 ° F.
El vapor será aproximadamente del 9%.