О воде
Природа происхождения воды определяет ее полезность и влияние на организм человека
Интересные фото из жизни пива и воды

Удивительная теплоемкость

«Теплоемкость» — некая «потенциальная емкость» для хранения тепла. Этакая губка для впитывания тепла, роль которой может выполнять любое тело (в том числе и вода).

На сухом языке физики удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для повышения температуры тела массой 1 кг на 1 градус Цельсия. Соответственно, тела разной массы для изменения температуры на одну и ту же величину потребуют тепла пропорционально массе.

Нагрев, по сути, — это «закачка энергии», которая будет сохранена в повышенной активности структурных единиц тела (атомов, молекул), в результате чего растет их средняя скорость, а изменение температуры тела — это тот параметр, который однозначно свидетельствует об этом. Нас же будет интересовать поглощение тепла разными веществами при изменении температуры на один градус, т.е. их удельные теплоемкости и теплоемкость воды в сравнении.


Удельные теплоемкости некоторых веществ

Вещество

Теплоемкость
(кДж/кг К)

Вещество

Теплоемкость
(кДж/кг К)

Алюминий

0,880

Медь при -163 град С

0,280

Асбест

0,210

Медь при 20 град С

0,380

Вода при 20 град С

4,180

Песок

0,840

Вода при 90 град С

4,220

Ртуть

0,126

Воздух, свободно расширяющийся

1,010

Свинец при -259 град С

0,032

Железо

0,460

Свинец при 20 град С

0,130

Кирпич

0,840

Свинец при 300 град С

0,143

Латунь

0,390

Сера

0,710

Лед при 0 град С

2,100

Сосновая древесина

2,520


Чтобы не напрягать мозг сопоставлением рядов цифр, некоторые интересные выделены цветом. Сравнивая их, автор невольно проникся еще большим уважением к феномену воды и надеется, что это произошло и с вами.

Удельная теплоемкость воды в разы превосходит теплоемкости многих веществ, которые окружают нас в повседневной жизни. Прикиньте, чтобы поднять температуру литра воды на 1 градус по шкале Цельсия, необходимо потратить тепла в 11 раз больше, чем для достижения подобного результата для 1 кг меди. Вода при той же массе и температуре гораздо более емкий аккумулятор тепла. А причина? Причина в особенности молекулярной организации вещества. Молекулы воды достаточно мелкие и теоретически могли бы быть подвижнее, если бы не «круговая порука» водородной связи, буквально связавшая все в единую и очень гибкую систему. Видимо, множественность подвижных связей не позволяет разогнать молекулы по отдельности, и вся энергия идет на раскачку этой инертной массы, которая, образно говоря, ведет себя как одна очень большая и ленивая молекула. Раскачивая одну — раскачиваем все! А если разогнали махину, то и останавливать придется махину, что в принципе нелегко. Вместив тепло, упорно сопротивляясь, она скупо будет его отдавать.

Нас не удивляет тот факт, что именно вода используется в системе отопления, дескать, что было — то и залили, не забивая голову. Мы привыкли, что вода в трубах — это эффективный дешевый теплоноситель, циркулирующий в системе  и обеспечивающий не только эффективный перенос тепла, но и отсутствие резких колебаний температуры (термостатический эффект). Котельная может временно не работать, а вода продолжит отдавать тепло. И чем больше воды в системе, тем дольше она будет остывать. Нечто подобное (только лучше) существует в глобальном масштабе.

Мировой океан — это планетарный термостат, не дающий суше остыть или перегреться. Прогрев поверхности Земли неравномерен. Приполярные области просто не прогреваются. Экваториальные и тропические области нагреты всегда. Для умеренных широт характерны сезонные изменения. Напомним, что 70 % поверхности Земли – это вода. Почему это важно? Да потому, что суша нагревается так же быстро, как и охлаждается. Вода совершает и то и другое гораздо медленней. Близость больших массивов воды смягчает чрезмерный нагрев суши летом и предотвращает ее чрезмерное охлаждение зимой. Летом вода нагревается медленно, создавая прохладу, а зимой также медленно остывает, но уже отдавая тепло и согревая воздух, в том числе и над остывающей сушей.

«Определяющая климат Земли» — вот что такое вода, благодаря ее уникальной теплоемкости. Нет поблизости морей и океанов — и, пожалуйте, получите — континентальный климат: жаркое лето, холодная зима и малое количество осадков. Он обычен для внутренних регионов материков, удаленных от морей и океанов. В общем-то, в разных оттенках и проявлениях — это климат России, а его крайний вариант — это Монголия. А вот если вы житель Великобритании, то можете оценить достоинства и недостатки морского климата, для которого характерны небольшие суточные и годовые колебания температур, высокая относительная влажность, прохладное лето и мягкая зима. Причина — Атлантический океан, который не успевает остыть и нагреться, попеременно совершая в течение года и то, и это.

Имея некое представление о каком-то явлении, начинаешь видеть его практически везде. Так, в специфике циркуляции приземных слоев атмосферы также можно усмотреть последствия эффекта повышенной теплоемкости воды. Неравномерный прогрев суши и моря порождает разность температур воздушных масс, формирующихся над ними, и, как следствие, разность давления. Холодный воздух имеет более высокое давление, а теплый — более низкое, что приводит к появлению сезонных ветров — муссонов, дующих зимой с холодного континента в сторону океана, а летом с прохладного океана на нагретый материк.


В результате — муссонный климат, характерный для Юго-Восточной Азии. А, собственно, почему? Вода, всего-навсего, обладает большей теплоемкостью, чем суша!

И еще немного о ветре. Бриз — «муссон в миниатюре», этакий «ежедневный муссон», который вы можете наблюдать, если у вас за окном плещется море.


Днем ветер с моря приятно освежает, а ночью уже теплый ветер движется в сторону моря, унося энергию остывающего материка.

Климатические особенности планеты в свете уникальной теплоемкости воды — тема благодатная, но представляется не менее интересной тема значения этого феномена в формировании «климата» нашего собственного организма, который на 70% состоит из воды! Вот тут необходимо небольшое отступление в область физики и уточнить, что удельная теплоемкость — величина, зависящая от температуры тела, и, как правило, возрастает при ее повышении. Например, у свинца (выделен зеленым, см. таблицу «Удельная теплоемкость некоторых веществ») удельная теплоемкость выше при более высоких температурах. На «человеческом языке», чтобы тот же самый кусок уже нагретого свинца нагреть еще на один градус, нужно потратить немного больше энергии, чем потратили при предыдущем нагреве на ту же величину. Такая картина изменения удельной теплоемкости характерна для большинства веществ, но только не для воды! Сказать, что и здесь вода ведет себя интересно, — не сказать ничего. Лучше посмотрите на график изменения удельной теплоемкости воды от температуры.

 

А если у вас плохо с восприятием графиков, то поясним, что ее удельная теплоемкость с повышением температуры сначала понижается до температуры около 36,8 градусов по шкале Цельсия, а только  потом начинает расти. «Ну и слава Богу», — скажете вы, уже привыкнув, что вода особенная по определению, — «а организм — то при чем?»  Измерьте собственную температуру и даже, если вы совершенно ничего не понимаете в графиках, подобное совпадение не сможет ускользнуть от вашего взгляда!
Обеспечение стабильной температуры в биологических системах (клетках, тканях, органах) около 36,8 градусов Цельсия энергетически выгодно самой системе, т.к. обходится минимальным количеством энергии. Теплоемкость воды при данной температуре минимальна, поэтому система в этот момент наиболее чувствительна к закачке энергии. Вы только представьте: «До такой степени экономно расходовать энергию»! «Заточить» все биохимические процессы клетки под температуру воды, когда она наиболее чувствительна к тепловому воздействию! Есть над чем задуматься: «То ли организм приспособлен под воду, то ли вода была изначально для него предназначена?».

© 2008— 2017, ОАО Русская пивоваренная компания «Хмелёфф»
Создание и поддержка сайта Веб-студия PBC
Алкоголь противопоказан детям и подросткам до 18 лет, беременным и кормящим женщинам, лицам с заболеваниями центральной нервной системы, почек и других органов пищеварения. Алкоголь противопоказан лицам старшего и пожилого возраста, лицам страдающим бессоницей, лицам больным гипертонической болезнью, лицам с нарушением сердечной деятельности, лицам с повышенной нервной возбудимостью, а так же водителям при управлении транспортными средствами.
Употребление алкогольной продукции вредит Вашему здоровью