Fortgeschritten #58

Die spezifische Wärmekapazität Cp hat ein Minimum bei 36 Grad Celsius

Die Wärmekapazität bei konstantem Druck durchläuft ein Minimum nahe der Körpertemperatur.

Wissenschaftliche Erklärung

Obwohl die spezifische Wärmekapazität Cp von Wasser insgesamt ungewöhnlich hoch ist, ist sie nicht konstant. Zwischen 0 und 100 Grad Celsius durchläuft Cp ein Minimum bei etwa 36 Grad Celsius — bemerkenswerterweise nahe der menschlichen Körpertemperatur. Bei 0 Grad Celsius liegt Cp bei 4,22 Joule pro Gramm und Kelvin, sinkt auf 4,178 bei 36 Grad und steigt danach wieder an.

Dieses Minimum entsteht durch das Zusammenspiel zweier Beiträge zur Wärmekapazität. Bei tiefen Temperaturen ist das Wasserstoffbrückennetzwerk weitgehend intakt, und ein grosser Anteil der zugeführten Wärme wird für das Aufbrechen von Brücken verbraucht — das erhöt Cp. Mit steigender Temperatur brechen immer mehr Brücken, und es bleiben weniger übrig, die zusätzlich aufgebrochen werden könnten — Cp sinkt. Oberhalb von 36 Grad Celsius beginnt die zunehmende thermische Ausdehnung einen neuen Beitrag zur Wärmekapazität zu liefern, und Cp steigt wieder.

Das Minimum ist also der Punkt, an dem der schwindende Brücken-Beitrag und der wachsende Ausdehnungs-Beitrag genau im Gleichgewicht stehen.

Cp of Water vs Temperature Showing Minimum at 36 degrees Celsius Line chart showing the specific heat capacity Cp of water versus temperature. The curve decreases from 0 degrees Celsius, passes through a minimum at approximately 36 degrees Celsius, and then increases again at higher temperatures. Temperature (°C) Cp (J g⁻¹ K⁻¹) 0 20 36 60 100 4.18 4.22 Minimum at 36 °C Specific Heat Capacity Cp vs Temperature
Cp von Wasser mit Minimum bei 36 Grad Celsius — nahe der menschlichen Körpertemperatur.

Alltagsrelevanz

Die Nähe dieses Minimums zur Körpertemperatur ist möglicherweise kein Zufall. In der Nähe des Cp-Minimums reagiert die Temperatur von Wasser am empfindlichsten auf Wärmezufuhr oder Wärmeentzug, weil weniger Energie im Brückennetzwerk gepuffert wird. Ein Körper, der bei 37 Grad Celsius arbeitet, profitiert davon: Kleine Änderungen der Wärmeproduktion führen zu messbaren Temperaturverschiebungen, die das Thermoregulationssystem erkennen und ausgleichen kann.