ทำไมน้ำแข็งจึงมีความจุความร้อนต่ำกว่าน้ำเหลว?

ต้องใช้เวลานานกว่าในการให้ความร้อนกับน้ำจนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าการละลายน้ำแข็ง แม้ว่าสถานการณ์นี้อาจดูเหมือนเป็นสถานการณ์ที่น่าสับสน แต่ก็เป็นปัจจัยหลักในการปรับสภาพภูมิอากาศที่ทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถดำรงอยู่ได้บนโลก

ความจุความร้อนจำเพาะของสารถูกกำหนดให้เป็นปริมาณความร้อนที่ต้องการเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของมวลหนึ่งหน่วยของสารนั้น 1 องศาเซลเซียส

สูตรสำหรับความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานความร้อน การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความจุความร้อนจำเพาะและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ คือ Q = mc (เดลต้า T) โดยที่ Q หมายถึง ความร้อนที่เติมให้กับสาร c คือความจุความร้อนจำเพาะ m คือมวลของสารที่กำลังให้ความร้อน และ delta T คือการเปลี่ยนแปลงใน อุณหภูมิ.

ความร้อนจำเพาะของน้ำที่ 25 องศาเซลเซียส คือ 4.186 จูล/กรัม * องศาเคลวิน

ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำที่อุณหภูมิ -10 องศาเซลเซียส (น้ำแข็ง) คือ 2.05 จูล/กรัม * องศาเคลวิน

ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำที่ 100 องศาเซลเซียส (ไอน้ำ) คือ 2.080 จูล/กรัม * องศาเคลวิน

น่าจะเป็นความแตกต่างที่ชัดเจนที่สุดระหว่างน้ำแข็งกับน้ำคือน้ำแข็งเป็นของแข็งและน้ำเป็นของเหลว แต่ในขณะที่สถานะของสสาร เปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลวเป็นก๊าซขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ สูตรเคมียังคงเป็นไฮโดรเจน 2 อะตอมที่พันธะโควาเลนต์กับออกซิเจน 1 ตัว อะตอม.

ระดับความเป็นอิสระคือพลังงานรูปแบบใดก็ตามที่สามารถเก็บความร้อนที่ถ่ายเทไปยังวัตถุได้ ในของแข็ง ระดับความเป็นอิสระเหล่านี้ถูกจำกัดโดยโครงสร้างของของแข็งนั้น พลังงานจลน์ที่สะสมอยู่ภายในโมเลกุลมีส่วนทำให้เกิดความจุความร้อนจำเพาะของสารนั้น ไม่ใช่อุณหภูมิ

ในฐานะของเหลว น้ำมีทิศทางการเคลื่อนที่และดูดซับความร้อนที่มากขึ้น มีพื้นที่ผิวเพิ่มเติมที่ต้องได้รับความร้อนเพื่อให้อุณหภูมิโดยรวมเพิ่มขึ้น

อย่างไรก็ตาม สำหรับน้ำแข็ง พื้นที่ผิวจะไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากโครงสร้างที่แข็งแรงกว่า เมื่อน้ำแข็งร้อนขึ้น พลังงานความร้อนนั้นต้องไปที่ไหนสักแห่ง และเริ่มสลายโครงสร้างของของแข็งและละลายน้ำแข็งให้เป็นน้ำ

ความจุความร้อนจำเพาะของน้ำที่สูงขึ้นและความร้อนสูงของการกลายเป็นไอทำให้สามารถ ทำให้ภูมิอากาศของโลกปานกลางโดยทำให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงช้าในบริเวณรอบๆ วัตถุขนาดใหญ่ น้ำ.

เนื่องจากความร้อนจำเพาะของน้ำสูง น้ำและพื้นดินใกล้กับแหล่งน้ำจึงได้รับความร้อนช้ากว่าพื้นดินที่ไม่มีน้ำ จำเป็นต้องใช้พลังงานความร้อนมากขึ้นเพื่อทำให้พื้นที่ร้อนขึ้นเพราะน้ำดูดซับพลังงาน

พลังงานความร้อนในปริมาณที่ใกล้เคียงกันจะทำให้อุณหภูมิของดินแห้งมีอุณหภูมิสูงขึ้นมาก และดินหรือสิ่งสกปรกจะป้องกันไม่ให้ความร้อนตกสู่พื้นดิน ทะเลทรายมีอุณหภูมิสูงมากโดยเฉพาะเนื่องจากขาดน้ำ