Головна » Наука та освіта » Згадуємо фізику - що таке теплоємність води?

Згадуємо фізику - що таке теплоємність води?



ода є одним з найдивовижніших речовин. Незважаючи на широке поширення і повсюдне використання, вона - справжня загадка природи. Будучи одним із з'єднань кисню, вода, здавалося б, повинна мати зовсім низькими такі характеристики, як температури кипіння і замерзання, теплота пароутворення і т. п. Але цього не відбувається. Одна лише теплоємність води, всупереч усьому, надзвичайно висока.

Вода здатна поглинати величезну кількість тепла, сама при цьому практично не нагріваючись - у цьому її фізична особливість. Питома теплоємність води вище теплоємності піску приблизно в п'ять разів, і вдесятеро - заліза. Тому вода є природним охолоджувачем. Її властивість накопичувати велику кількість енергії дозволяє згладжувати коливання температури на поверхні Землі і регулювати тепловий режим в рамках всієї планети, причому відбувається це незалежно від пори року.

Це унікальна властивість води дозволяє використовувати її як охолоджуючого речовини в промисловості і в побуті. До того ж вода є загальнодоступним і порівняно дешевою сировиною.

Що ж розуміється під теплоємністю? Як відомо з курсу термодинаміки, передача тепла відбувається завжди від гарячого до холодного тіла. При цьому мова йде про перехід певної кількості тепла, а температура обох тіл, будучи характеристикою їх стану, показує напрямок цього обміну. У процесі теплообміну, наприклад, металевого тіла з водою рівної маси при однакових вихідних температурах метал змінює свою температуру в кілька разів більше води.

Якщо прийняти за постулат основне твердження термодинаміки - з двох тіл (ізольованих від інших), при теплообміні одне віддає, а інше отримує рівну кількість тепла, то стає ясно, що у металу і води зовсім різна теплоємність.

Таким чином, теплоємність води (як і будь-якої речовини) - це показник, що характеризує здатність даної речовини віддавати (або отримувати) якусь кількість теплоти при охолодженні (нагріванні) на одиницю температури.

Питомою теплоємністю речовини вважається кількість тепла, необхідну для того, щоб нагріти одиницю цієї речовини (1 кілограм) на 1 градус.

Кількість тепла, що виділяється або поглинається тілом, дорівнює добутку величин питомої теплоємності, маси і різниці температур. Вимірюється воно в калоріях. Одна калорія - саме та кількість тепла, якого достатньо, щоб нагріти 1 г води на 1 градус. Для порівняння: питома теплоємність повітря - 0.24 кал /г ° С, алюмінію - 0.22 заліза - 0.11 ртуті - 0.03.

Теплоємність води не є константою. З ростом температури від 0 до 40 градусів вона незначно знижується (від 10074 до 09980), тоді як у всіх інших речовин в процесі нагрівання ця характеристика зростає. Крім того, вона може знижуватися з ростом тиску (на глибині).

Як відомо, вода має три агрегатних стани - рідке, тверде (лід) і газоподібне (пар). При цьому питома теплоємність льоду приблизно в 2 рази нижче, ніж у води. У цьому - основна відмінність води від інших речовин, величини питомої теплоємності яких у твердому і розплавленому стані не змінюються. У чому ж тут секрет?

Справа в тому, що лід має кристалічну структуру, яка при нагріванні руйнується не відразу. Вода містить невеликі частки льоду, що складаються з декількох молекул і іменовані асоцоатами. При нагріванні води частина теплової енергії витрачається на руйнування водневих зв'язків у цих утвореннях. Цим і пояснюється надзвичайно висока теплоємність води. Повністю зв'язку між її молекулами руйнуються тільки при переході води в пару.

Питома теплоємність водяної пари при температурі 100 ° С майже не відрізняється від такої у льоду при 0 ° С. Це ще раз підтверджує правильність даного пояснення. Теплоємність пара, як і теплоємність льоду, в даний час вивчені набагато краще, ніж води, у відношенні якої вчені до цих пір не прийшли до єдиної думки.