Wärmekapazität

Drei alltägliche Beobachtungen:

• Beim Erhitzen von Wasser in einem Kochtopf wird der Topf schnell heiß, trotzdem dauert es ziemlich lange, bis auch das Wasser so heiß geworden ist, dass es zu sieden beginnt.
• Auch wenn im Frühsommer die Tage schon warm sind, dauert es immer noch eine Weile, bis auch das Wasser von Badeseen warm genug zum Baden ist.
• Heiße Umschläge bleiben länger warm, wenn man sie feucht macht.

All diese Erscheinungen haben mit einer besonderen Eigenschaft des Wassers zu tun: seiner außergewöhnlich hohen Wärmekapazität.

Was ist die Wärmekapazität?

Unter der spezifischen Wärmekapazität eines Stoffes versteht man die Wärmemenge, die benötigt wird, um 1 kg des Stoffes um 1°C zu erwärmen.

Wie auf der Graphik zu sehen ist, hat Wasser eine höhere spezifische Wärmekapazität als die meisten anderen Stoffe.

Das bedeutet, dass zum Erwärmen einer bestimmten Menge Wasser auf eine bestimmte Temperatur mehr Energie nötig ist als beispielsweise für die gleiche Menge Eisen. Wasser kann große Wärmemengen aufnehmen, ohne sich dabei stark zu erwärmen. Das nützt man zum Beispiel bei der Verwendung von Wasser als Kühlflüssigkeit aus.

Umgekehrt gibt das Wasser beim Abkühlen aber auch wieder eine größere Wärmemenge ab als das Eisen; im erwärmten Wasser ist eine große Wärmemenge gespeichert. Wasser eignet sich daher besonders gut als Medium zur Wärmespeicherung, zum Beispiel in Heizungssystemen oder Wärmeflaschen.

Wie wirkt sich dieses Phänomen auf das Leben auf der Erde aus?

Die hohe Wärmekapazität des Wassers hat auch wichtige Auswirkungen auf das Leben auf der Erde:

Die Meere als große Wasserflächen haben einen bedeutenden Einfluss auf das Klima. Sie erwärmen sich zwar im Sommer langsamer als das Land, kühlen aber auch langsamer wieder ab und speichern bei ihrer Erwärmung große Wärmemengen, die sie im Winter allmählich abgeben. In der Nähe der Meere ist das Klima daher das ganze Jahr über ziemlich ausgeglichen und der Temperaturunterschied zwischen Sommer und Winter viel weniger stark ausgeprägt als im Inneren der Kontinente.

In Wüsten herrschen extreme Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht. Das liegt daran, dass sich Luft und Sand wegen ihrer niedrigen Wärmekapazität am Tag durch die Sonneneinstrahlung zwar stark erhitzen, die Wärme aber schlecht speichern können. Deshalb kühlt es in der Nacht in der Wüste stark ab; es ist kein Wasser vorhanden, das den Unterschied dämpfen könnte.

Den "Wüsteneffekt" kannst du auch selbst nachprüfen:

Stell ein mit Sand gefülltes Gefäß und ein Glas mit Wasser eine Stunde lang in die pralle Sonne und fühle dann, auf welche Temperaturen sich der Sand und das Wasser erwärmt haben. Lass dann beide Gefäße an einem kühlen Ort auskühlen und prüfe nach einiger Zeit noch einmal die Temperatur. Was stellst du fest?