Зміст
- Питома теплоємність
- Розрахунок питомої теплоємності
- Відмінності у воді та льоду
- Фактори, що впливають на питому теплоємність у воді та льоду
- Переваги вищої питомої теплоємності води
Щоб нагріти воду до вищої температури потрібно довше, ніж це для танення льоду. Хоча це може здатися збитковою ситуацією, це головний внесок у помірність клімату, що дозволяє існувати життя на Землі.
Питома теплоємність
Питома теплоємність речовини визначається як кількість теплоти, необхідної для підвищення температури однієї одиничної маси цієї речовини на 1 градус Цельсія.
Розрахунок питомої теплоємності
Формула зв'язку між тепловою енергією, зміною температури, питомою теплоємністю та зміною температури дорівнює Q = mc (дельта Т), де Q являє тепло, додане до речовини, c - питома теплоємність, m - маса речовина, що нагрівається, і дельта Т - це зміна температури.
Відмінності у воді та льоду
Питома теплота води при 25 градусах Цельсія становить 4,186 джоулів / грам * градус Кельвіна.
Питома теплоємність води при -10 градусах Цельсія (лід) становить 2,05 джоулей / грам * градус Кельвіна.
Питома теплоємність води при 100 градусах Цельсія (пара) становить 2,080 джоулів / грам * градус Кельвіна.
Фактори, що впливають на питому теплоємність у воді та льоду
Напевно, найбільш очевидною відмінністю льоду від води є той факт, що лід є твердим, а вода - рідкою, але хоча стан речовини змінюється від твердого на рідкий до газу залежно від температури, хімічна формула залишається двома атомами водню, ковалентно пов'язаними з один атом кисню.
Ступінь свободи - це будь-яка форма енергії, в якій тепло, яке передається предмету, може зберігатися. У твердому тілі ці ступені свободи обмежені структурою цього твердого тіла. Кінетична енергія, що зберігається всередині молекули, сприяє певній теплоємності цієї речовини, а не її температурі.
Як рідина, вода має більше напрямків для руху та поглинання тепла, поданого на неї. Є більша площа поверхні, яку потрібно нагріти, щоб загальна температура зросла.
Однак з льодом площа поверхні не змінюється через більш жорстку структуру. По мірі нагрівання льоду ця теплова енергія повинна кудись піти, і вона починає руйнувати структуру твердого тіла і розплавляти лід у воді.
Переваги вищої питомої теплоємності води
Більш висока питома теплоємність води, а також її висока теплота випаровування дозволяють їй пом'якшити клімат Землі, викликаючи повільну зміну температури в районах навколо великих водойм.
Через високу питому теплоту води вода та земля біля водойм нагріваються повільніше, ніж земля без води. Більше теплової енергії потрібно для обігріву ділянки, оскільки вода поглинає енергію.
Подібна кількість теплової енергії підвищила б температуру сухої землі до набагато вищої температури, а ґрунт чи бруд утримували б тепло не потрапляло в землю. Пустелі досягають надзвичайно високих температур саме через брак води.