Hvorfor har isen en lavere varmekapacitet end flydende vand?

Det tager længere tid at opvarme vand til en højere temperatur end det, der smelter is. Selvom det kan virke som en fortryllende situation, er det en stor bidragyder til klimatets moderatgørelse, der gør det muligt at eksistere på jorden.

Specifik varmekapacitet

En bestemt substansens varmekapacitet er defineret som den mængde varme, der kræves for at øge temperaturen på en enheds masse af det pågældende stof med 1 grad Celsius.

Beregning af specifik varmekapacitet

Formlen for forholdet mellem varmeenergi, temperatur ændring, specifik varmekapacitet og temperaturændring er Q = mc (delta T), hvor Q repræsenterer den tilsatte varme til stoffet, c er den specifikke varmekapacitet, m er stoffets masse opvarmet og delta T er forandringen i temperaturen.

Forskelle i vand og is

Den specifikke vandvarme ved 25 grader Celsius er 4.186 joules /gram * grad Kelvin.

Den specifikke varmekapacitet af vand ved -10 grader Celsius (is) er 2,05 joules /gram * grad Kelvin.

Den specifikke varmekapacitet af vand ved 100 grader Celsius (damp) er 2.080 joules /gram * grad Kelvin.

Faktorer der påvirker specifik varmekapacitet i vand og is

Sandsynligvis den mest oplagte forskel mellem is og vand er at isen er fast og vand er en væske, men mens stoffets tilstand ændrer sig fra fast til flydende til gas afhængigt af temperaturen, forbliver den kemiske formel to hydrogenatomer kovalent bundet til et oxygenatom.

A grad af frihed er enhver form for energi, hvor varme overført til en genstand kan opbevares. I et fast stof begrænses disse frihedsgrader af strukturen af ​​det faste stof. Den kinetiske energi, der opbevares internt i molekylet, bidrager til stoffets specifikke varmekapacitet og ikke til dens temperatur.

Som væske har vand flere retninger til at bevæge sig og absorbere den varme, der påføres den. Der er mere overfladeareal, der skal opvarmes, for den samlede temperatur stiger.

Men med is ændrer overfladen ikke på grund af sin mere stive struktur. Som isvarmer skal denne varmeenergi gå et sted, og det begynder at bryde ned solidets struktur og smelte isen i vand.

Fordele ved vandets højere specifikke varmekapacitet

Jo højere Varmens specifikke varmekapacitet og dens høje fordampningsvarme gør det muligt at moderere Jordens klima ved at forårsage temperaturændringer langsomt i områder omkring store vandområder.

På grund af den høje specifikke vandvarme, vand og land tæt på vandområder opvarmes langsommere end land uden vand. Mere varmeenergi er nødvendig for at opvarme området, fordi vandet absorberer energien.

En tilsvarende mængde varmeenergi ville øge temperaturen på tørt jord til en meget højere temperatur, og jorden eller snavs ville holde varme fra at gå i jorden. Ørkener når ekstremt høje temperaturer specielt på grund af deres mangel på vand.