Es dauert länger, Wasser auf eine höhere Temperatur zu erhitzen als Eis zu schmelzen. Auch wenn dies wie eine verwirrende Situation erscheinen mag, trägt sie wesentlich zur Mäßigung des Klimas bei, das Leben auf der Erde ermöglicht.
Spezifische Wärmekapazität
Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes ist definiert als die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Temperatur einer Masseneinheit dieses Stoffes um 1 Grad Celsius zu erhöhen.
Berechnung der spezifischen Wärmekapazität
Die Formel für den Zusammenhang zwischen Wärmeenergie, Temperaturänderung, spezifischer Wärmekapazität und Temperaturänderung lautet Q = mc (Delta T), wobei Q stellt die dem Stoff zugeführte Wärme dar, c ist die spezifische Wärmekapazität, m ist die Masse des zu erwärmenden Stoffes und delta T ist die Änderung der Temperatur.
Unterschiede in Wasser und Eis
Die spezifische Wärme von Wasser bei 25 Grad Celsius beträgt 4,186 Joule/Gramm * Grad Kelvin.
Die spezifische Wärmekapazität von Wasser bei -10 Grad Celsius (Eis) beträgt 2,05 Joule/Gramm * Grad Kelvin.
Die spezifische Wärmekapazität von Wasser bei 100 Grad Celsius (Dampf) beträgt 2.080 Joule/Gramm * Grad Kelvin.
Faktoren, die die spezifische Wärmekapazität in Wasser und Eis beeinflussen
Der wahrscheinlich offensichtlichste Unterschied zwischen Eis und Wasser ist die Tatsache, dass Eis fest und Wasser flüssig ist, aber während der Aggregatzustand ändert sich je nach Temperatur von fest zu flüssig zu gasförmig, die chemische Formel bleibt zwei Wasserstoffatome kovalent an einen Sauerstoff gebunden Atom.
Ein Freiheitsgrad ist jede Form von Energie, in der auf ein Objekt übertragene Wärme gespeichert werden kann. Bei einem Festkörper werden diese Freiheitsgrade durch die Struktur dieses Festkörpers eingeschränkt. Die intern im Molekül gespeicherte kinetische Energie trägt zur spezifischen Wärmekapazität dieser Substanz und nicht zu ihrer Temperatur bei.
Als Flüssigkeit hat Wasser mehr Richtungen, um sich zu bewegen und die auf es aufgebrachte Wärme aufzunehmen. Es gibt mehr Oberfläche, die erhitzt werden muss, damit die Gesamttemperatur ansteigt.
Bei Eis ändert sich die Oberfläche jedoch aufgrund seiner steiferen Struktur nicht. Wenn sich Eis erwärmt, muss diese Wärmeenergie irgendwohin gehen, und sie beginnt, die Struktur des Festkörpers aufzubrechen und das Eis zu Wasser zu schmelzen.
Vorteile der höheren spezifischen Wärmekapazität von Wasser
Die höhere spezifische Wärmekapazität von Wasser sowie seine hohe Verdampfungswärme ermöglichen es, das Erdklima mäßigen, indem die Temperaturen in Gebieten um große Körper von. langsam geändert werden Wasser.
Aufgrund der hohen spezifischen Wärme von Wasser werden Wasser und Land in der Nähe von Gewässern langsamer erwärmt als Land ohne Wasser. Zum Aufheizen der Fläche wird mehr Wärmeenergie benötigt, da das Wasser die Energie aufnimmt.
Eine ähnliche Menge an Wärmeenergie würde die Temperatur von trockenem Land auf eine viel höhere Temperatur erhöhen, und der Boden oder Schmutz würde die Wärme daran hindern, in den Boden zu gelangen. Wüsten erreichen aufgrund ihres Wassermangels extrem hohe Temperaturen.