¿Por qué diferentes materiales tienen diferentes capacidades de calor específicas?

Question

Esta es probablemente una pregunta estúpida, pero ¿por qué los diferentes materiales tienen diferentes capacidades de calor específico?

Para entender mejor mi pregunta digamos que he a$1$ kg de cobre y $1$ kg de agua. La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura del agua por $1$ grado es acerca de $10.8$ veces mayor que la de cobre (véase la nota de pie de página). Dónde está ese extra de energía que se requiere para aumentar la temperatura del agua en un grado en comparación con el cobre "almacenado"?

Por otra parte, supongo que si he a$1$ kg de hielo y $1$ kg de agua líquida, donde ambas sustancias se componen de las mismas moléculas. Aunque es la misma "sustancia" todavía tienen diferentes capacidades de calor específico. Es simplemente porque el número de átomos por kg en las sustancias que son diferentes?

Nota: $C_{\text{Cu}}=385$ J/(kg K), $C_{\text{H$_2$O}}=4.19\cdot 10^{3}$ J/(kg K).

Answer 1

Principalmente debido a que 1 kg de agua tiene más átomos de 1 kg de cobre.

Para el común de los sólidos en o por encima de la temperatura de la habitación, la capacidad calorífica molar es aproximadamente el mismo (Dulong y Petit de la ley), tres veces la constante de los gases, a unos 25 J/K. es porque la suma de la energía potencial y cinética por átomo es $3k_BT$ en la aproximación armónica.

El hidrógeno en el agua o el hielo es un poco diferente. Es tan ligero que los efectos cuánticos venir inte jugar, equipartition no se aplica.