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2.20: Spezifische Wärme
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2.20: Specific Heat

2.20: Spezifische Wärme

A substance’s specific heat capacity refers to the amount of energy required to heat one gram of the substance by one degree. Water has a high heat capacity, so it takes a lot of heat to increase its temperature. Similarly, water must lose a lot of heat for its temperature to decrease, so it also cools slowly once heated. Metals, by comparison, have a low heat capacity—they heat up quickly and cool down quickly.

Specific heat capacity is defined as the amount of energy needed to raise the temperature of one gram of a substance by one degree Celsius (1 °C). For example, increasing the temperature of one gram of water by 1 °C requires one calorie of heat energy. Specific heat capacity is often represented in grams, degrees Celsius, and calories, but it can also be expressed in kilograms, Kelvin (K), and joules (among other units). The specific heat capacity of water is one calorie/gram °C, or 4186 joules/kilogram K. Solid gold has a specific heat capacity of ~0.03 calories/gram °C, or 129 joules/kilogram K. Gold, then, has a lower specific heat capacity than water.

Practical Nature

The high heat capacity of water helps modulate extreme environmental temperatures. Towns near large bodies of water have smaller changes in temperature both daily and seasonally. During the day, the nearby water absorbs heat energy, cooling the surrounding land. At night, the water releases its heat energy, keeping the area warmer. Towns far away from large bodies of water can experience large swings in daily and seasonal temperature. Sand and rocks have lower heat capacities, so they heat up quickly during the day and release heat quickly at night.

In space, water boils and then freezes. This happens in part because of water’s high heat capacity. In space, water first boils because of the extremely low pressure. In this gaseous state, the water vapor molecules are further apart and can lose heat quickly in the very cold temperatures of space. The water vapor then freezes into crystals—a process called desublimation.

Die spezifische Wärmekapazität eines Stoffes bezieht sich auf die Energiemenge, die benötigt wird, um ein Gramm dieses Stoffes um einen Grad zu erwärmen. Wasser hat eine hohe Wärmekapazität. Ihm muss also zur Temperatur viel Energie hinzugefügt werden. Ähnlich muss Wasser viel Wärme verlieren, damit seine Temperatur sinkt. Daher kühlt es auch nur langsam ab, wenn es einmal erhitzt worden ist. Metalle haben im Vergleich dazu eine geringe Wärmekapazität. Sie erwärmen sich schnell und kühlen schnell ab.

Die spezifische Wärmekapazität ist als die Energiemenge definiert, die benötigt wird, um die Temperatur eines Gramm einer Substanz um ein Grad Celsius (1 deg;C) zu erhöhen. Zum Beispiel erfordert die Erhöhung der Temperatur von einem Gramm Wasser um 1 deg;C eine Kalorie Wärmeenergie. Die spezifische Wärmekapazität wird oft in Gramm, Grad Celsius und Kalorien angegeben. Sie kann aber auch in Kilogramm, Kelvin (K) und Joule (neben anderen Einheiten) ausgedrückt werden. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt eine Kalorie/Gramm Grad;C, oder 4186 Joule/Kilogramm K. Massives Gold hat eine spezifische Wärmekapazität von ~0,03 Kalorien/Gramm Grad;C, oder 129 Joule/Kilogramm K. Gold hat also eine niedrigere spezifische Wärmekapazität als Wasser.

Praktische Natur

Die hohe Wärmekapazität des Wassers hilft, extreme Umgebungstemperaturen zu moderieren. Städte in der Nähe von großen Gewässern haben kleinere tägliche und jahreszeitliche Temperaturschwankungen. Tagsüber absorbiert das Wasser in der Nähe Wärmeenergie und kühlt so das umliegende Land. Nachts gibt das Wasser seine Wärmeenergie wieder ab und hält das Gebiet dadurch wärmer. In Städten, die weit von großen Gewässern entfernt sind, können große tägliche und jahreszeitliche Temperaturschwankungen auftreten. Sand und Felsen haben eine geringere Wärmekapazität, so dass sie sich tagsüber schnell aufheizen und nachts schnell Wärme wieder abgeben.

Im Weltraum kocht das Wasser erst und gefriert dann. Dies geschieht zum Teil wegen der hohen Wärmekapazität von Wasser. Im Weltraum siedet das Wasser zuerst wegen des extrem niedrigen Drucks. In diesem gasförmigen Zustand sind die Wasserdampfmoleküle weiter voneinander entfernt und verlieren bei den sehr kalten Temperaturen des Weltraums schnell an Wärme. Der Wasserdampf gefriert dann zu Kristallen—ein Prozess, der Resublimation genannt wird.

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