پرسش

دلیل متفاوت بودن ظرفیت گرمایی ویژه آب در سه حالت جامد مایع گاز چیست؟
- دبیرستان

پاسخ

حالت های مختلف فیزیكی دارای ظرفیت های گرمایی متفاوت هستند. ظرفیت گرمایی، عبارت است از میزان گرمایی كه لازم است به یك جسم داده شود تا دمای آن به میزان یك درجه سانتیگراد افزایش یابد.

ببینیم افزایش دما به چه نحو صورت می‌گیرد؟ هنگامی كه جنبش ذرات ماده زیاد شود، این حركت و جنبش به صورت افزایش دما خود را نشان می‌دهد.حال هنگامی كه جاذبه و پیوند بین ذرات ماده ضعیف باشد، با دادن اندك گرمایی به جسم، ذرات آن از قیدوبند رها شده و شروع به جنبش و حركت می‌كنند، درنتیجه زود گرم می‌شود. چنین ماده‌ای دارای ظرفیت گرمایی اندكی است. اما هنگامی كه ذرات و اتمهای یك ماده با پیوندهای قوی به هم متصل شده باشند، با دادن اندك انرژی یا گرما به آن، ذرات از قید و بند رها نشده و شروع به حركت نمی‌كنند. در چنین جسمی برای رهاندن ذرات از قیدوبند جاذبه‌ی بین ذرات، نیاز به دادن گرمای بیشتری است و درنتیجه ظرفیت گرمایی این ماده بالا می‌رود.

غیر از نوع و ذات اتمهای موجود در یك ماده ، حالت ماده نیز در تعیین ظرفیت گرمایی مهم است، زیرا در حالتهای مختلف از یك جسم، پیوندهای بین ذرات آن هم متفاوت می‌شود. به عنوان مثال در آب، مولكولها به وسیله‌ی پیوندهای قوی هیدروژنی به یكدیگر متصل هستند. در چنین شرایطی برای سست كردن یا پاره كردن این پیوندها و به حركت درآوردن مولكولها و سرانجام افزایش دمای آب، نیاز به دادن انرژی و گرمای زیادی داریم و درنتیجه ظرفیت گرمایی آب زیاد می‌باشد.

اما در یخ، آرایش مولكولها به نحو دیگری است، مولكولهای آب به صورت شش‌ضلعی‌هایی كنار هم قرار می‌گیرند طوریكه یك فضای خالی بین این شش‌ضلعیها به وجود می‌آید. حال انرژی اندكی برای تخریب این ساختمان مورد نیاز است، درنتیجه ظرفیت گرمایی یخ كمتر از ظرفیت گرمایی آب می‌باشد.

همچنین ظرفیت گرمایی بخار آب نیز با تعمیم رابطه ی بالا نیز نسبت به آب اندك است، زیرا بین مولولها در حالت بخار، هیچ جاذبه ای و قید و بندی وجود ندارد، درنتیجه به راحتی می توان جنبش آنها را كم یا زیاد نمود، بنابراین ظرفیت گرمایی بخار نیز اندك است.