Ci vuole più tempo per riscaldare l'acqua a una temperatura più alta che per sciogliere il ghiaccio. Anche se questa può sembrare una situazione sconcertante, è un importante contributo alla moderazione del clima che consente alla vita di esistere sulla Terra.
Capacità termica specifica
La capacità termica specifica di una sostanza è definita come la quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura di un'unità di massa di quella sostanza di 1 grado Celsius.
Calcolo della capacità termica specifica
La formula per la relazione tra energia termica, variazione di temperatura, capacità termica specifica e variazione di temperatura è Q = mc (delta T), dove Q rappresenta il calore aggiunto alla sostanza, c è la capacità termica specifica, m è la massa della sostanza che viene riscaldata e delta T è la variazione della temperatura.
Differenze tra acqua e ghiaccio
Il calore specifico dell'acqua a 25 gradi Celsius è 4,186 joule/grammo * gradi Kelvin.
La capacità termica specifica dell'acqua a -10 gradi Celsius (ghiaccio) è di 2,05 joule/grammo * gradi Kelvin.
La capacità termica specifica dell'acqua a 100 gradi Celsius (vapore) è 2.080 joule/grammo * gradi Kelvin.
Fattori che influenzano la capacità termica specifica in acqua e ghiaccio
Probabilmente la differenza più ovvia tra ghiaccio e acqua è il fatto che il ghiaccio è un solido e l'acqua è un liquido, ma mentre lo stato della materia cambia da solido a liquido a gas a seconda della temperatura, la formula chimica rimane due atomi di idrogeno legati covalentemente a un ossigeno atomo.
Un grado di libertà è qualsiasi forma di energia in cui il calore trasferito a un oggetto può essere immagazzinato. In un solido, questi gradi di libertà sono limitati dalla struttura di quel solido. L'energia cinetica immagazzinata all'interno della molecola contribuisce alla capacità termica specifica di quella sostanza e non alla sua temperatura.
In quanto liquido, l'acqua ha più direzioni per muoversi e per assorbire il calore ad essa applicato. C'è più superficie che deve essere riscaldata per aumentare la temperatura complessiva.
Tuttavia, con il ghiaccio, la superficie non cambia a causa della sua struttura più rigida. Quando il ghiaccio si riscalda, quell'energia termica deve andare da qualche parte e inizia a scomporre la struttura del solido e sciogliere il ghiaccio in acqua.
Vantaggi della maggiore capacità termica specifica dell'acqua
La maggiore capacità termica specifica dell'acqua e il suo elevato calore di vaporizzazione le consentono di moderare il clima terrestre provocando un lento cambiamento delle temperature nelle aree intorno a grandi corpi di acqua.
A causa dell'elevato calore specifico dell'acqua, l'acqua e la terra vicino ai corpi idrici vengono riscaldate più lentamente rispetto alla terra senza acqua. È necessaria più energia termica per riscaldare l'area perché l'acqua assorbe l'energia.
Una quantità simile di energia termica aumenterebbe la temperatura della terraferma a una temperatura molto più alta e il suolo o la sporcizia impedirebbero al calore di penetrare nel terreno. I deserti raggiungono temperature estremamente elevate proprio a causa della loro mancanza di acqua.
