Veden lämmittäminen korkeampaan lämpötilaan kestää kauemmin kuin jään sulattaminen. Vaikka tämä saattaa tuntua hämmentävältä tilanteelta, se vaikuttaa merkittävästi ilmaston maltillisuuteen, joka sallii elämän olemassaolon maapallolla.
Ominaislämpökapasiteetti
Aineen ominaislämpökapasiteetti määritellään lämmön määräksi, joka tarvitaan kyseisen aineen yhden massayksikön lämpötilan nostamiseen 1 celsiusasteella.
Lasketaan ominaislämpöteho
Lämpöenergian, lämpötilan muutoksen, ominaislämpökapasiteetin ja lämpötilan muutoksen välisen suhteen kaava on Q = mc (delta T), jossa Q edustaa aineeseen lisättyä lämpöä, c on ominaislämpökapasiteetti, m on lämmitettävän aineen massa ja delta T on muutos lämpötila.
Erot vedessä ja jäässä
Veden ominaislämpö lämpötilassa 25 celsiusastetta on 4,166 joulea / gramma * aste kelviniä.
Veden ominaislämpökapasiteetti lämpötilassa -10 celsiusastetta (jää) on 2,05 joulea / gramma * astetta Kelvin.
Veden ominaislämpökapasiteetti 100 celsiusasteessa (höyry) on 2,080 joulea / gramma * astetta Kelvin.
Tekijät, jotka vaikuttavat veden ja jään erityiseen lämpökapasiteettiin
Luultavasti ilmeisin ero jään ja veden välillä on se, että jää on kiinteää ja vesi on nestettä, mutta vaikka aineen tila muuttuu kiinteästä nestemäiseksi kaasuksi lämpötilasta riippuen, kemiallinen kaava pysyy kaksi vetyatomia sitoutuneena kovalenttisesti yhteen happeen atomi.
Jonkin verran vapautta on mikä tahansa energiamuoto, johon esineeseen siirretty lämpö voidaan varastoida. Kiinteässä aineessa näitä vapausasteita rajoittaa kiinteän aineen rakenne. Molekyyliin sisäisesti varastoitu kineettinen energia vaikuttaa kyseisen aineen spesifiseen lämpökapasiteettiin eikä lämpötilaan.
Nesteenä vedellä on enemmän suuntaa liikkua ja absorboida siihen kohdistettua lämpöä. On enemmän pinta-alaa, joka on lämmitettävä, jotta kokonaislämpötila nousee.
Jäällä pinta-ala ei kuitenkaan muutu jäykemmän rakenteensa vuoksi. Jäätä kuumennettaessa kyseisen lämpöenergian on mentävä jonnekin, ja se alkaa hajottaa kiinteän aineen rakenteen ja sulattaa jään veteen.
Veden korkeamman ominaislämpökapasiteetin edut
Veden suurempi ominaislämpökapasiteetti ja sen korkea höyrystymislämpö sallivat sen maltillistaa maapallon ilmastoa aiheuttamalla lämpötilan muutoksen hitaasti suurten runkojen ympärillä vettä.
Veden korkean ominaislämmön takia vesi ja lähellä olevat vesimuodostumat lämmitetään hitaammin kuin maa, jossa ei ole vettä. Alueen lämmittämiseksi tarvitaan enemmän lämpöenergiaa, koska vesi absorboi energiaa.
Vastaava määrä lämpöenergiaa nostaisi kuivan maan lämpötilan paljon korkeammaksi, ja maaperä tai lika estäisi lämpöä menemästä maahan. Aavikot saavuttavat erittäin korkean lämpötilan nimenomaan veden puutteen vuoksi.
