Sólin Sólin Rís 05:00 • sest 22:05 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 00:00 • Sest 00:00 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 03:36 • Síðdegis: 16:19 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 09:54 • Síðdegis: 22:45 í Reykjavík

Af hverju er eðlisvarmi vatns svona hár?

Emelía Eiríksdóttir

Eðlisvarmi (e. specific heat) efnis segir til um hversu mikla orku/varma þarf til þess að hækka hitastigið á einu kílógrammi af efninu um eina gráðu. Formúlan fyrir eðlisvarma er

$$c={Q\over m\cdot\Delta T}$$

þar sem $Q$ er orka/varmi sem fer í að hita efnið, $m$ er massi efnisins og $\Delta T$ er hitastigshækkunin.

SI-einingin fyrir eðlisvarma er ${J \over {kg \cdot K}}$ eða ${J \over {kg \cdot C}}$ þar sem $J$ er júl, $kg$ er kílógrömm, $K$ er kelvíngráður og $C$ eru gráður á Celsíus.

Eðlisvarmi efnis segir sem sagt til um hversu auðvelt er að hita efnið. Eins og sést á jöfnunni þá þarf meiri orku til að hita 1 kg af efni með háan eðlisvarma um eina gráðu en þarf til að hita efni með lágan eðlisvarma. Þetta þýðir líka að þegar efni með mismunandi eðlisvarma fá jafn mikla orku mun efnið með lægri eðlisvarma hitna meira og hraðar en efnið með hærri eðlisvarma.

Sandur hefur mun lægri eðlisvarma en vatn og sjór og hitnar því meira og hraðar við sömu aðstæður. Á heitum og sólríkum degi á ströndinni getur því verið betra að láta sjóinn leika við tærnar en að ganga í brennheitum sandinum.

Eðlisvarmi efna er mjög misjafn en eðlisvarmi vatns er mjög hár miðað við önnur efni, eins og sjá má á eftirfarandi töflu:

Efni
Eðlisvarmi (J/kg*K)
vatn
4.186
sjór
3.890
etanól
2.432
malbik
92O
borðsalt (NaCl)
880
gler
840
sandur
835
járn
450

Vatnssameindir eru skautaðar (e. polar). Vegna skautunarinnar mynda vatnssameindir aðdráttarkrafta sem kallast vetnistengi (e. hydrogen bond, sjá til dæmis svar sama höfundar við spurningunni Breytist suðumark vatns ef salti er bætt út í það?). Vetnistengi eru þónokkuð sterk en rofna og myndast í sífellu vegna hreyfinga vatnssameindanna. Vetnistengin eru ástæðan fyrir óvenju háu suðumarki vatns og þau eru líka hluti af ástæðunni fyrir háum eðlisvarma vatns. Þegar vatn er hitað fer nefnilega hluti orkunnar í að rjúfa vetnistengin og nýtist sú orka því ekki til að auka hitastig vatnsins. Þessu er svo öfugt farið þegar vatn kólnar, þá myndast vetnistengi en við það losnar orka og kólnar vatnið þá hægar en ef engin vetnistengi væru milli vatnssameindanna. Efni með háan eðlisvarma eru því bæði lengur að hitna og kólna en efni með lágan eðlisvarma.

Hár eðlisvarmi vatns kemur sér einkar vel fyrir lífríki jarðar því hitastigið í sjó og vötnum er lengi að hækka þegar hitnar í lofti og lengi að lækka þegar loftið kólnar. Hitastigssveiflur í sjónum eru því ekki miklar þegar sólin skín á daginn og sólarleysis gætir á nóttunni. Það hentar dýrum sem lifa í vatni vel. Þessi eiginleiki vatns að geta dregið í sig hita frá umhverfinu án þess að hitna svo mikið sjálft gerir það einnig að verkum að vatn er tilvalinn kælivökvi á ýmis tæki og kerfi, til dæmis í bílum og kjarnorkuverum.

Heimildir og mynd:

Höfundur

Emelía Eiríksdóttir

efnafræðingur og starfsmaður Vísindavefsins

Útgáfudagur

10.2.2022

Spyrjandi

Sólveig Einarsdóttir

Tilvísun

Emelía Eiríksdóttir. „Af hverju er eðlisvarmi vatns svona hár?“ Vísindavefurinn, 10. febrúar 2022. Sótt 9. ágúst 2022. http://visindavefur.is/svar.php?id=72709.

Emelía Eiríksdóttir. (2022, 10. febrúar). Af hverju er eðlisvarmi vatns svona hár? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=72709

Emelía Eiríksdóttir. „Af hverju er eðlisvarmi vatns svona hár?“ Vísindavefurinn. 10. feb. 2022. Vefsíða. 9. ágú. 2022. <http://visindavefur.is/svar.php?id=72709>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Af hverju er eðlisvarmi vatns svona hár?
Eðlisvarmi (e. specific heat) efnis segir til um hversu mikla orku/varma þarf til þess að hækka hitastigið á einu kílógrammi af efninu um eina gráðu. Formúlan fyrir eðlisvarma er

$$c={Q\over m\cdot\Delta T}$$

þar sem $Q$ er orka/varmi sem fer í að hita efnið, $m$ er massi efnisins og $\Delta T$ er hitastigshækkunin.

SI-einingin fyrir eðlisvarma er ${J \over {kg \cdot K}}$ eða ${J \over {kg \cdot C}}$ þar sem $J$ er júl, $kg$ er kílógrömm, $K$ er kelvíngráður og $C$ eru gráður á Celsíus.

Eðlisvarmi efnis segir sem sagt til um hversu auðvelt er að hita efnið. Eins og sést á jöfnunni þá þarf meiri orku til að hita 1 kg af efni með háan eðlisvarma um eina gráðu en þarf til að hita efni með lágan eðlisvarma. Þetta þýðir líka að þegar efni með mismunandi eðlisvarma fá jafn mikla orku mun efnið með lægri eðlisvarma hitna meira og hraðar en efnið með hærri eðlisvarma.

Sandur hefur mun lægri eðlisvarma en vatn og sjór og hitnar því meira og hraðar við sömu aðstæður. Á heitum og sólríkum degi á ströndinni getur því verið betra að láta sjóinn leika við tærnar en að ganga í brennheitum sandinum.

Eðlisvarmi efna er mjög misjafn en eðlisvarmi vatns er mjög hár miðað við önnur efni, eins og sjá má á eftirfarandi töflu:

Efni
Eðlisvarmi (J/kg*K)
vatn
4.186
sjór
3.890
etanól
2.432
malbik
92O
borðsalt (NaCl)
880
gler
840
sandur
835
járn
450

Vatnssameindir eru skautaðar (e. polar). Vegna skautunarinnar mynda vatnssameindir aðdráttarkrafta sem kallast vetnistengi (e. hydrogen bond, sjá til dæmis svar sama höfundar við spurningunni Breytist suðumark vatns ef salti er bætt út í það?). Vetnistengi eru þónokkuð sterk en rofna og myndast í sífellu vegna hreyfinga vatnssameindanna. Vetnistengin eru ástæðan fyrir óvenju háu suðumarki vatns og þau eru líka hluti af ástæðunni fyrir háum eðlisvarma vatns. Þegar vatn er hitað fer nefnilega hluti orkunnar í að rjúfa vetnistengin og nýtist sú orka því ekki til að auka hitastig vatnsins. Þessu er svo öfugt farið þegar vatn kólnar, þá myndast vetnistengi en við það losnar orka og kólnar vatnið þá hægar en ef engin vetnistengi væru milli vatnssameindanna. Efni með háan eðlisvarma eru því bæði lengur að hitna og kólna en efni með lágan eðlisvarma.

Hár eðlisvarmi vatns kemur sér einkar vel fyrir lífríki jarðar því hitastigið í sjó og vötnum er lengi að hækka þegar hitnar í lofti og lengi að lækka þegar loftið kólnar. Hitastigssveiflur í sjónum eru því ekki miklar þegar sólin skín á daginn og sólarleysis gætir á nóttunni. Það hentar dýrum sem lifa í vatni vel. Þessi eiginleiki vatns að geta dregið í sig hita frá umhverfinu án þess að hitna svo mikið sjálft gerir það einnig að verkum að vatn er tilvalinn kælivökvi á ýmis tæki og kerfi, til dæmis í bílum og kjarnorkuverum.

Heimildir og mynd:

...