Нагрівання води до більш високої температури займає більше часу, ніж для розтоплення льоду. Незважаючи на те, що це може здатися незрозумілою ситуацією, це головним чином сприяє помірності клімату, що дозволяє існувати життя на Землі.
Питома теплоємність
Питома теплоємність речовини визначається як кількість тепла, необхідна для підвищення температури однієї одиниці маси цієї речовини на 1 градус Цельсія.
Розрахунок питомої теплової потужності
Формула залежності між тепловою енергією, зміною температури, питомою теплоємністю та зміною температури дорівнює Q = mc (дельта Т), де Q являє собою тепло, додане до речовини, c - питома теплоємність, m - маса речовини, що нагрівається, і дельта T - зміна температури.
Відмінності у воді та льоду
Питома теплота води при 25 градусах Цельсія становить 4,186 джоулів / грам * градусів за Кельвіном.
Питома теплоємність води при -10 градусах Цельсія (лід) становить 2,05 джоуля / грам * градуса Кельвіна.
Питома теплоємність води при 100 градусах Цельсія (пара) становить 2,080 джоулів / грам * градусів за Кельвіном.
Фактори, що впливають на питому теплоємність води та льоду
Напевно, найочевидніша різниця між льодом і водою полягає в тому, що лід - тверда речовина, а вода - рідина, але поки стан речовини змінюється від твердого до рідкого до газового залежно від температури, хімічна формула залишається двома атомами водню, ковалентно зв’язаними з одним киснем атом.
Ступінь свободи - це будь-яка форма енергії, в якій може зберігатися тепло, що передається об'єкту. У твердому тілі ці ступені свободи обмежені структурою цього твердого тіла. Кінетична енергія, що зберігається всередині молекули, сприяє питомій теплоємності цієї речовини, а не її температурі.
Як рідина, вода має більше напрямків для руху та поглинання теплоти, що до неї надходить. Існує більше площі поверхні, яку потрібно нагріти, щоб загальна температура зросла.
Однак із льодом площа поверхні не змінюється через більш жорстку структуру. У міру нагрівання льоду ця теплова енергія повинна кудись йти, і вона починає руйнувати структуру твердого речовини і розтоплювати лід у воду.
Переваги вищої питомої теплоємності води
Більша питома теплоємність води, а також висока теплота пароутворення дозволяють їй помірніть клімат Землі, спричиняючи повільні зміни температур в районах навколо великих тіл води.
Через високу питому теплоту води вода та земля біля водойм нагріваються повільніше, ніж земля без води. Щоб нагріти територію, потрібно більше теплової енергії, оскільки вода поглинає енергію.
Подібна кількість теплової енергії призведе до підвищення температури сухої землі до набагато вищої температури, а грунт або бруд не дозволять теплу потрапляти в землю. Пустелі досягають надзвичайно високих температур саме через відсутність води.