Este nevoie de mai mult timp pentru a încălzi apa la o temperatură mai mare decât pentru a topi gheața. Deși acest lucru poate părea o situație desconcertantă, este un factor major la moderarea climatului, care permite existența vieții pe Pământ.
Capacitate specifică de căldură
Capacitatea termică specifică a unei substanțe este definită ca cantitatea de căldură necesară pentru a crește temperatura unei unități de masă a substanței respective cu 1 grad Celsius.
Calculul capacității de căldură specifice
Formula pentru relația dintre energia termică, schimbarea temperaturii, capacitatea specifică de căldură și modificarea temperaturii este Q = mc (delta T), unde Q reprezintă căldura adăugată substanței, c este capacitatea specifică de căldură, m este masa substanței care este încălzită și delta T este modificarea temperatura.
Diferențe în apă și gheață
Căldura specifică a apei la 25 grade Celsius este de 4.186 jouli / gram * grad Kelvin.
Capacitatea specifică de căldură a apei la -10 grade Celsius (gheață) este de 2,05 jouli / gram * grad Kelvin.
Capacitatea specifică de căldură a apei la 100 de grade Celsius (abur) este de 2.080 jouli / gram * grad Kelvin.
Factori care afectează capacitatea specifică de căldură în apă și gheață
Probabil cea mai evidentă diferență dintre gheață și apă este faptul că gheața este un solid și apa este un lichid, dar în timp ce starea materiei se schimbă de la solid la lichid în gaz în funcție de temperatură, formula chimică rămâne doi atomi de hidrogen legați covalent de un oxigen atom.
Un grad de libertate este orice formă de energie în care poate fi stocată căldura transferată către un obiect. Într-un solid, aceste grade de libertate sunt restricționate de structura acelui solid. Energia cinetică stocată intern în moleculă contribuie la capacitatea de căldură specifică a substanței respective și nu la temperatura acesteia.
Ca lichid, apa are mai multe direcții de mișcare și de absorbție a căldurii aplicate. Există mai multă suprafață care trebuie încălzită pentru ca temperatura generală să crească.
Cu toate acestea, cu gheață, suprafața nu se modifică datorită structurii sale mai rigide. Pe măsură ce gheața se încălzește, energia termică trebuie să meargă undeva și începe să descompună structura solidului și să topească gheața în apă.
Avantajele capacității termice specifice de apă mai mari
Capacitatea de căldură specifică mai mare a apei, precum și căldura sa ridicată de vaporizare o permit moderează clima Pământului provocând schimbarea lentă a temperaturilor în zonele din jurul corpurilor mari de apă.
Din cauza căldurii specifice ridicate a apei, apa și pământul din apropierea corpurilor de apă sunt încălzite mai lent decât pământul fără apă. Este necesară mai multă energie termică pentru a încălzi zona, deoarece apa absoarbe energia.
O cantitate similară de energie termică ar crește temperatura uscatului la o temperatură mult mai mare, iar solul sau murdăria ar împiedica căldura să intre în pământ. Deșerturile ating temperaturi extrem de ridicate în special din cauza lipsei lor de apă.