Het duurt langer om water tot een hogere temperatuur te verwarmen dan om ijs te smelten. Hoewel dit een verbijsterende situatie lijkt, levert het een belangrijke bijdrage aan de matiging van het klimaat waardoor leven op aarde mogelijk is.
Specifieke warmte capaciteit
De soortelijke warmtecapaciteit van een stof wordt gedefinieerd als de hoeveelheid warmte die nodig is om de temperatuur van één massa-eenheid van die stof met 1 graad Celsius te verhogen.
Specifieke warmtecapaciteit berekenen
De formule voor de relatie tussen warmte-energie, temperatuurverandering, specifieke warmtecapaciteit en verandering in temperatuur is Q = mc (delta T), waarbij Q staat voor de warmte die aan de stof wordt toegevoegd, c is de soortelijke warmtecapaciteit, m is de massa van de stof die wordt verwarmd en delta T is de verandering in de temperatuur.
Verschillen in water en ijs
De soortelijke warmte van water bij 25 graden Celsius is 4,186 joule/gram * graad Kelvin.
De soortelijke warmtecapaciteit van water bij -10 graden Celsius (ijs) is 2,05 joule/gram * graad Kelvin.
De soortelijke warmtecapaciteit van water bij 100 graden Celsius (stoom) is 2,080 joule/gram * graad Kelvin.
Factoren die de specifieke warmtecapaciteit in water en ijs beïnvloeden
Waarschijnlijk is het meest voor de hand liggende verschil tussen ijs en water het feit dat ijs een vaste stof is en water een vloeistof, maar terwijl de toestand van materie verandert van vast naar vloeibaar naar gas afhankelijk van de temperatuur, de chemische formule blijft twee waterstofatomen covalent gebonden aan één zuurstof atoom.
Een vrijheidsgraad is elke vorm van energie waarin de aan een object overgedragen warmte kan worden opgeslagen. In een vaste stof worden deze vrijheidsgraden beperkt door de structuur van die vaste stof. De kinetische energie die intern in het molecuul is opgeslagen, draagt bij aan de specifieke warmtecapaciteit van die stof en niet aan de temperatuur.
Als vloeistof heeft water meer richtingen om te bewegen en om de warmte die erop wordt toegepast te absorberen. Er is meer oppervlakte dat moet worden verwarmd om de algehele temperatuur te laten stijgen.
Met ijs verandert het oppervlak echter niet vanwege de stijvere structuur. Als ijs opwarmt, moet die warmte-energie ergens heen gaan, en het begint de structuur van de vaste stof af te breken en het ijs in water te smelten.
Voordelen van de hogere specifieke warmtecapaciteit van water
Door de hogere soortelijke warmtecapaciteit van water en de hoge verdampingswarmte kan het het klimaat op aarde matigen door de temperatuur langzaam te laten veranderen in gebieden rond grote water.
Door de hoge soortelijke warmte van water worden water en land in de buurt van waterlichamen langzamer verwarmd dan land zonder water. Er is meer warmte-energie nodig om de ruimte op te warmen, omdat het water de energie opneemt.
Een vergelijkbare hoeveelheid warmte-energie zou de temperatuur van het droge land tot een veel hogere temperatuur verhogen, en de grond of het vuil zou voorkomen dat de warmte de grond ingaat. Woestijnen bereiken extreem hoge temperaturen, vooral vanwege hun gebrek aan water.