¿Por qué el hielo tiene una capacidad calorífica menor que el agua líquida?
Escrito por Kari Wolfe ; última actualización: February 01, 2018
Toma más tiempo calentar agua a una temperatura alta que el tiempo que toma derretir el hielo. Aunque esto puede parecer un poco desconcertante, es en realidad la causa del clima moderado que permite la vida en la Tierra.
Capacidad calorífica específica
La capacidad calorífica específica de una sustancia se define como la cantidad de calor requerida para incrementar la temperatura de una unidad de masa de esa sustancia en 1 grado Celsius.
Cálculo de la capacidad calorífica específica
La fórmula para obtener la relación entre energía, capacidad calorífica específica y cambio en la temperatura es Q = mc(delta T), donde Q representa el calor añadido a la sustancia, c es la capacidad calorífica específica, m es la masa de la sustancia que está siendo calentada y delta T es el cambio en la temperatura
Diferencias entre el agua y el hielo
La capacidad calorífica específica del agua a 25°C es de 4,186 Joules/gramo*grado Kelvin.
La capacidad calorífica específica del agua a -10°C (hielo) es de 2,05 Joules/gramo*grado Kelvin.
La capacidad específica del agua a 100°C (vapor) es de 2,080 Joules/gramo*grado Kelvin.
Factores que afectan la capacidad calorífica específica del agua y del hielo
Posiblemente la diferencia más obvia entre el hielo y el agua es el hecho de que el hielo es sólido y el agua es líquida, pero mientras que el estado de la materia cambia de sólido a líquido y a gas dependiendo de la temperatura, la estructura química permanece siendo dos átomos de hidrógeno unidos covalentemente a un átomo de oxígeno.
Un grado de libertad es cualquier forma de energía en la que el calor transmitido a un objeto puede ser almacenado. En un sólido, estos grados de libertad están restringidos por la estructura del sólido. La energía cinética almacenada internamente en la molécula contribuye a la capacidad calorífica específica de la sustancia, y no a su temperatura.
Como líquido, el agua tiene más direcciones para moverse y absorber el calor que recibe. Existe una mayor área superficial que necesita calentarse para que la temperatura general se eleve.
Sin embargo, en el hielo, el área superficial no varía debido a su estructura más rígida. A medida que el hielo se calienta, la energía debe ir a algún lado, y comienza a romper la estructura del sólido y derretirlo para formar agua.
Ventajas de la capacidad calorífica específica alta del agua
La alta capacidad calorífica específica del agua, como así también el elevado calor de vaporización permiten moderar el clima en la Tierra causando que las temperaturas cambien lentamente en las zonas aledañas a grandes cuerpos de agua.
Debido a la alta capacidad calorífica específica del agua, el agua y la tierra que rodea a cuerpos de agua se calientan más lentamente que la tierra en la que no hay agua. Se requiere de más energía térmica para calentar el área porque el agua absorbe la energía.
Una cantidad de calor similar incrementaría la temperatura de la tierra seca a una temperatura mucho más alta, y el suelo o la tierra mantendría el calor. Los desiertos alcanzan temperaturas extremadamente elevadas debido a su falta de agua.
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