لماذا يتمتع الثلج بقدرة حرارية أقل من الماء السائل؟

يستغرق تسخين الماء إلى درجة حرارة أعلى وقتًا أطول مما يستغرقه إذابة الجليد. في حين أن هذا قد يبدو وكأنه موقف محير ، إلا أنه مساهم رئيسي في اعتدال المناخ الذي يسمح للحياة بالوجود على الأرض.

السعة الحرارية محددة

يتم تعريف السعة الحرارية النوعية لمادة ما على أنها كمية الحرارة المطلوبة لزيادة درجة حرارة وحدة كتلة واحدة من تلك المادة بمقدار درجة واحدة مئوية.

حساب السعة الحرارية النوعية

معادلة العلاقة بين الطاقة الحرارية وتغير درجة الحرارة والسعة الحرارية النوعية والتغير في درجة الحرارة هي Q = mc (delta T) ، حيث Q تمثل الحرارة المضافة إلى المادة ، ج هي السعة الحرارية النوعية ، م هي كتلة المادة التي يتم تسخينها ودلتا تي هي التغير في درجة الحرارة.

الاختلافات في الماء والجليد

تبلغ الحرارة النوعية للماء عند 25 درجة مئوية 4.186 جول / جرام * درجة كلفن.

السعة الحرارية النوعية للماء عند -10 درجة مئوية (جليد) هي 2.05 جول / جرام * درجة كلفن.

تبلغ السعة الحرارية النوعية للماء عند 100 درجة مئوية (بخار) 2.080 جول / جرام * درجة كلفن.

العوامل التي تؤثر على السعة الحرارية النوعية في الماء والجليد

ربما يكون الفرق الأكثر وضوحًا بين الجليد والماء هو حقيقة أن الجليد مادة صلبة والماء سائل ، ولكن في حين أن حالة المادة يتغير من صلب إلى سائل إلى غاز حسب درجة الحرارة ، تظل الصيغة الكيميائية ذرتين من الهيدروجين مرتبطة تساهميًا بأكسجين واحد ذرة.

درجة الحرية هي أي شكل من أشكال الطاقة يمكن فيه تخزين الحرارة المنقولة إلى شيء ما. في حالة صلبة ، يتم تقييد درجات الحرية هذه ببنية ذلك الصلب. تساهم الطاقة الحركية المخزنة داخليًا في الجزيء في السعة الحرارية النوعية للمادة وليس في درجة حرارتها.

كسائل ، يكون للماء اتجاهات أكثر للتحرك وامتصاص الحرارة المطبقة عليه. هناك المزيد من مساحة السطح التي يجب تسخينها لزيادة درجة الحرارة الإجمالية.

ومع ذلك ، مع الجليد ، لا تتغير مساحة السطح بسبب هيكلها الأكثر صلابة. عندما يسخن الجليد ، يجب أن تذهب هذه الطاقة الحرارية إلى مكان ما ، وتبدأ في تكسير بنية المادة الصلبة وإذابة الجليد إلى ماء.

مزايا السعة الحرارية العالية للمياه

تسمح السعة الحرارية العالية للماء وكذلك حرارة التبخر العالية له بذلك تلطيف مناخ الأرض عن طريق التسبب في تغير درجات الحرارة ببطء في المناطق المحيطة بأجسام كبيرة من ماء.

بسبب الحرارة العالية للماء ، يتم تسخين الماء والأرض بالقرب من المسطحات المائية بشكل أبطأ من الأرض بدون ماء. المزيد من الطاقة الحرارية ضروري لتسخين المنطقة لأن الماء يمتص الطاقة.

قد تؤدي كمية مماثلة من الطاقة الحرارية إلى زيادة درجة حرارة الأرض الجافة إلى درجة حرارة أعلى بكثير ، وستحافظ التربة أو الأوساخ على الحرارة من الدخول إلى الأرض. تصل الصحارى إلى درجات حرارة عالية للغاية خاصة بسبب نقص المياه فيها.

  • يشارك
instagram viewer