Se necesita más tiempo para calentar el agua a una temperatura más alta que para derretir el hielo. Si bien esto puede parecer una situación desconcertante, es un factor importante que contribuye a la moderación del clima que permite que exista vida en la Tierra.
Capacidad calorífica específica
La capacidad calorífica específica de una sustancia se define como la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de una unidad de masa de esa sustancia en 1 grado Celsius.
Cálculo de la capacidad calorífica específica
La fórmula para la relación entre la energía térmica, el cambio de temperatura, la capacidad calorífica específica y el cambio de temperatura es Q = mc (delta T), donde Q representa el calor agregado a la sustancia, c es la capacidad calorífica específica, m es la masa de la sustancia que se calienta y delta T es el cambio en la temperatura.
Diferencias en agua y hielo
El calor específico del agua a 25 grados Celsius es 4,186 julios / gramo * grado Kelvin.
La capacidad calorífica específica del agua a -10 grados Celsius (hielo) es de 2,05 julios / gramo * grado Kelvin.
La capacidad calorífica específica del agua a 100 grados Celsius (vapor) es 2.080 julios / gramo * grado Kelvin.
Factores que afectan la capacidad calorífica específica en agua y hielo
Probablemente la diferencia más obvia entre el hielo y el agua es el hecho de que el hielo es un sólido y el agua es un líquido, pero mientras cambia de sólido a líquido a gas dependiendo de la temperatura, la fórmula química sigue siendo dos átomos de hidrógeno unidos covalentemente a un oxígeno átomo.
Un grado de libertad es cualquier forma de energía en la que se pueda almacenar el calor transferido a un objeto. En un sólido, estos grados de libertad están restringidos por la estructura de ese sólido. La energía cinética almacenada internamente en la molécula contribuye a la capacidad calorífica específica de esa sustancia y no a su temperatura.
Como líquido, el agua tiene más direcciones para moverse y absorber el calor que se le aplica. Hay más superficie que debe calentarse para que aumente la temperatura general.
Sin embargo, con hielo, el área de la superficie no cambia debido a su estructura más rígida. A medida que el hielo se calienta, esa energía térmica debe ir a alguna parte y comienza a romper la estructura del sólido y a derretir el hielo en agua.
Ventajas de la mayor capacidad calorífica específica del agua
La mayor capacidad calorífica específica del agua, así como su alto calor de vaporización, le permite moderar el clima de la Tierra haciendo que las temperaturas cambien lentamente en áreas alrededor de grandes cuerpos de agua.
Debido al alto calor específico del agua, el agua y la tierra cerca de cuerpos de agua se calientan más lentamente que la tierra sin agua. Se necesita más energía térmica para calentar el área porque el agua absorbe la energía.
Una cantidad similar de energía térmica aumentaría la temperatura de la tierra seca a una temperatura mucho más alta, y el suelo o la tierra evitarían que el calor ingrese al suelo. Los desiertos alcanzan temperaturas extremadamente altas específicamente debido a su falta de agua.