Wenn Sie schon einmal an einem sonnigen Tag am Strand entlang gelaufen sind und Ihre Zehen ins Wasser getaucht haben, um sie nach dem heißen Sand abzukühlen, Sie haben sich die spezifische Wärme des Wassers zunutze gemacht.

Auch wenn es klingen mag, bezieht sich spezifische Wärme nicht auf die genaue Temperatur von etwas. Es handelt sich um ein umfassenderes wissenschaftliches Konzept, das mit der Energie zu tun hat, die zum Erhitzen einer Substanz erforderlich ist. Wie Sie vielleicht anhand des Beispiels bemerkt haben, Nicht alle Stoffe erwärmen sich gleich schnell – daher die unterschiedlichen Temperaturen von Sand und Wasser.

Die spezifische Wärme des Wassers ist eine seiner interessantesten Eigenschaften. In diesem Artikel erfahren Sie, was spezifische Wärme ist, welche Gleichung Sie verwenden, um spezifische Wärme zu ermitteln, und warum die spezifische Wärme von Wasser so hoch ist.

Herd, Topf, Wasser und Dampf haben alle unterschiedliche spezifische Hitze.

Was ist spezifische Wärme?

Spezifische Wärme ist ein Maß für die Wärmekapazität oder wie viel Wärme ein Material bei Temperaturänderungen speichern kann. Eine hohe Wärmekapazität bedeutet, dass eine Substanz viel Wärme absorbieren kann, bevor sie eine Temperaturänderung registriert. Denken Sie daran, wie lange es dauert, bis sich ein Topf auf dem Herd so anfühlt, als würde er sich anfühlen, und wie lange es dauert, bis das Wasser im Inneren warm wird . Das bedeutet, dass Wasser eine höhere Wärmekapazität hat – es kann mehr Wärme speichern, bevor sich die Temperatur ändert.

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Spezifische Wärme bezieht sich auf die genaue Wärmemenge, die benötigt wird, um eine Masseneinheit eines Stoffes um ein Grad wärmer zu machen. Zurück zu unserem Beispiel: Die spezifische Wärme würde genau angeben, wie viel Wärme erforderlich ist, um eine Einheit Wasser, beispielsweise eine Tasse, um ein Grad wärmer zu machen.

Da Wärme eigentlich ein Maß für die Energieübertragung ist, ist es zutreffender, das zu sagen Die spezifische Wärme ist eigentlich eine Aussage darüber, wie viel Energie Eine Substanz kann absorbieren, bevor sich die Temperatur um ein Grad ändert.

Spezifische Wärme wird typischerweise in Joule und Kilojoule pro Gramm Masse gemessen, wobei Celsius als Maß für die Temperatur dient. Kilogramm und Fahrenheit können verwendet werden, sind aber seltener.

Die spezifische Wärme eines Stoffes kann durch Temperatur und Druck beeinflusst werden. Daher wird die spezifische Wärme normalerweise bei konstanter Temperatur und konstantem Druck bestimmt, normalerweise bei 25 Grad Celsius.

Wie lautet die Gleichung für spezifische Wärme?

Die Gleichung zur Berechnung der spezifischen Wärme lautet:

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ stellt die Wärmemenge dar, $s$ die spezifische Wärme (${Joules}/{gram * °Celsius}$), m die Masse der Substanz in Gramm und $ΔT$ die beobachtete Änderung in Temperatur.

Verschiedene Arten von Wasser, beispielsweise Meerwasser, können unterschiedliche spezifische Wärme haben.

Was ist die spezifische Wärme von Wasser?

Manche Stoffe erhitzen sich schnell, andere langsam. Wasser gehört zu Letzterem – es hat eine hohe spezifische Wärmekapazität, da es mehr Energie benötigt, um die Temperatur zu erhöhen.

Wasser hat eine spezifische Wärmekapazität von 4182 J/kg°C. Da Wasser eine so wichtige und häufig vorkommende Substanz ist, haben wir sogar eine spezielle Möglichkeit, die Energiemenge zu ermitteln, die erforderlich ist, um ein Gramm Wasser um ein Grad Celsius zu erhöhen – eine Kalorie. Dies unterscheidet sich von der Art von Kalorien, über die wir in Lebensmitteln sprechen. Diese Art von Kalorie entspricht 1.000 Kalorien, weshalb ernährungsbedingte Kalorien manchmal auch als Kilokalorien oder kcal bezeichnet werden.

Die spezifische Wärme von Wasser ist um einiges höher als die vieler anderer gebräuchlicher Substanzen. Beispielsweise beträgt die spezifische Wärme von Eisen 449 J/kg°C, von Sand 830 J/kg°C und von Eichenholz 2400 J/kg°C.

Das liegt daran, dass Wasser, das aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht, elektronegativ ist. Bei einem elektronegativen Atom ist es wahrscheinlicher, dass es Elektronen an sich zieht, da eine Seite des Atoms teilweise positiv und die andere teilweise negativ geladen ist. Die entgegengesetzt geladenen Seiten werden auf natürliche Weise zueinander hingezogen und bilden eine schwächere Wasserstoffbindung. Deshalb kann Wasser an sich selbst vorbeifließen, sich aber auch miteinander verbinden – es bildet und löst diese Bindungen ständig.

Diese Bindungen sind auch der Grund dafür, dass flüssiges Wasser eine hohe spezifische Wärme aufweist. Jegliche Energie, die zum Erhitzen von Wasser aufgewendet wird, wird zwischen dem Aufbrechen der Bindungen und dem Erhitzen des Wassers aufgeteilt. Aus diesem Grund, Das Erhitzen von Wasser erfordert mehr Energie als das Erhitzen anderer Substanzen.

Wenn Sie beispielsweise an einem sonnigen Tag am Strand sind, werden Sie feststellen, dass der Sand zum Laufen oft recht heiß ist, das Wasser sich jedoch immer kühl anfühlt, selbst im seichten Wasser. Das liegt daran, dass Sand eine geringere spezifische Wärmekapazität hat – es braucht weniger Energie, um die Temperatur um ein Grad zu erhöhen. Da Wasser eine hohe Wärmekapazität hat, benötigt es mehr Energie, um die Temperatur um ein Grad zu erhöhen. Die Sonne gibt eine mehr oder weniger konstante Energiemenge ab, wodurch Sand schneller und Wasser langsamer erhitzt wird.

Sand hat eine viel geringere spezifische Wärme als Wasser – deshalb wird er so schnell heiß!

Spezifische Wärmetabelle

Wenn Sie mit Joule und Kalorien noch nicht vertraut sind, könnten diese Zahlen etwas abstrakt erscheinen. Werfen Sie einen Blick auf diese Tabelle, um sich mit einigen gängigen spezifischen Wärmemengen in Joule und Kalorien vertraut zu machen, und vergleichen Sie diese mit dem, was Sie über die Erwärmung dieser Substanzen wissen!

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