Hvorfor har is en lavere varmekapacitet end flydende vand?

Det tager længere tid at opvarme vand til en højere temperatur end det gør for at smelte is. Selvom dette kan virke som en forvirrende situation, bidrager det væsentligt til moderering af klimaet, der tillader liv at eksistere på Jorden.
Specifik varmekapacitet

Stoffets specifikke varmekapacitet defineres som mængden af varme, der kræves for at øge temperaturen på en enheds masse af det stof med 1 grad Celsius.
Beregning af specifik varmekapacitet

Formlen for forholdet mellem varmeenergi, temperaturændring, specifik varmekapacitet og ændring i temperatur er Q \u003d mc (delta T), hvor Q repræsenterer den varme, der tilføjes til stoffet, c er den specifikke varmekapacitet, m er massen af stoffet, der opvarmes, og delta T er ændringen i temperaturen.
Forskelle i vand og is

Den specifikke vandvarme ved 25 grader Celsius er 4,166 joule /gram * grad Kelvin.

Vandets specifikke varmekapacitet ved -10 grader Celsius (is) er 2,05 joule /gram * grad Kelvin.

Vandets specifikke varmekapacitet ved 100 grader Celsius (damp) er 2,080 joule /gram * grad Kelvin.
Faktorer, der påvirker den specifikke varmekapacitet i vand og is.

Den sandsynligvis mest indlysende forskel mellem is og vand er det faktum, at is er en faststof og vand er en væske, men selvom stoftilstanden skifter fra faststof til væske til gas afhængig af temperaturen, forbliver den kemiske formel to hydrogenatomer, der er kovalent bundet til et oxygenatom.

En frihedsgrad er enhver form for energi, hvor varme, der overføres til et objekt, kan gemmes. I et fast stof er disse frihedsgrader begrænset af strukturen i det faste stof. Den kinetiske energi, der opbevares internt i molekylet, bidrager til stoffets specifikke varmekapacitet og ikke til dets temperatur.

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

Imidlertid ændres overfladen ikke med is på grund af dens mere stive struktur. Når isen varmer, skal den varmeenergi gå et eller andet sted, og den begynder at nedbryde strukturen af det faste stof og smelte isen i vand.
Fordele ved vandets højere specifikke varmekapacitet

Den højere specifikke varmekapacitet af vand såvel som dets høje fordampningsvarme tillader det at moderere Jordens klima ved at få temperaturer til at ændre sig langsomt i områder omkring store vandmasser.

På grund af den høje specifikke varme af vand, vand og jord i nærheden vandmasser opvarmes langsommere end land uden vand. Mere varmeenergi er nødvendigt for at opvarme området, fordi vandet absorberer energien.

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