Podgrzanie wody do wyższej temperatury trwa dłużej niż stopienie lodu. Chociaż może się to wydawać kłopotliwą sytuacją, jest to główny czynnik przyczyniający się do łagodzenia klimatu, który pozwala na istnienie życia na Ziemi.
Specyficzna pojemność cieplna
Ciepło właściwe substancji definiuje się jako ilość ciepła potrzebną do podniesienia temperatury jednej jednostki masy tej substancji o 1 stopień Celsjusza.
Obliczanie właściwej pojemności cieplnej
Wzór na zależność między energią cieplną, zmianą temperatury, właściwą pojemnością cieplną i zmianą temperatury to Q = mc (delta T), gdzie Q reprezentuje ciepło dodane do substancji, c jest właściwą pojemnością cieplną, m jest masą ogrzewanej substancji, a delta T jest zmianą temperatura.
Różnice w wodzie i lodzie
Ciepło właściwe wody o temperaturze 25 stopni Celsjusza wynosi 4,186 dżuli/gram * stopień Kelvina.
Ciepło właściwe wody w temperaturze -10 stopni Celsjusza (lód) wynosi 2,05 dżuli/gram * stopień Kelvina.
Ciepło właściwe wody przy 100 stopniach Celsjusza (pary) wynosi 2 080 dżuli/gram * stopień Kelvina.
Czynniki wpływające na ciepło właściwe w wodzie i lodzie
Prawdopodobnie najbardziej oczywistą różnicą między lodem a wodą jest fakt, że lód jest ciałem stałym, a woda jest cieczą, ale stan skupienia zmienia się ze stałego w ciekły w gaz w zależności od temperatury, wzór chemiczny pozostaje dwa atomy wodoru związane kowalencyjnie z jednym tlenem atom.
Stopień swobody to dowolna forma energii, w której można przechowywać ciepło przekazywane obiektowi. W bryle te stopnie swobody są ograniczone przez strukturę tej bryły. Energia kinetyczna zmagazynowana wewnętrznie w cząsteczce ma wpływ na specyficzną pojemność cieplną tej substancji, a nie na jej temperaturę.
Jako ciecz woda ma więcej kierunków poruszania się i pochłaniania przyłożonego do niej ciepła. Aby ogólna temperatura wzrosła, trzeba ogrzać większą powierzchnię.
Jednak w przypadku lodu powierzchnia nie zmienia się ze względu na jego sztywniejszą strukturę. Gdy lód się nagrzewa, ta energia cieplna musi gdzieś iść i zaczyna rozbijać strukturę ciała stałego i roztapiać lód w wodę.
Zalety wyższej specyficznej pojemności cieplnej wody
Wyższa pojemność cieplna wody oraz jej wysokie ciepło parowania pozwala na: łagodzić klimat Ziemi, powodując powolne zmiany temperatur w obszarach wokół dużych ciał woda.
Ze względu na wysokie ciepło właściwe wody, woda i grunty w pobliżu zbiorników wodnych są ogrzewane wolniej niż grunty bez wody. Do ogrzania terenu potrzeba więcej energii cieplnej, ponieważ woda pochłania energię.
Podobna ilość energii cieplnej podniosłaby temperaturę suchego lądu do znacznie wyższej temperatury, a gleba lub ziemia uniemożliwiłyby przenikanie ciepła do gruntu. Pustynie osiągają wyjątkowo wysokie temperatury, szczególnie z powodu braku wody.