Κύριος επιστήμη

Λανθάνουσα φυσική θερμότητας

Λανθάνουσα φυσική θερμότητας
Λανθάνουσα φυσική θερμότητας

Βίντεο: Θερμοκρασία - Θερμότητα 2024, Ενδέχεται

Βίντεο: Θερμοκρασία - Θερμότητα 2024, Ενδέχεται
Anonim

Λανθάνουσα θερμότητα, ενέργεια που απορροφάται ή απελευθερώνεται από μια ουσία κατά τη διάρκεια μιας αλλαγής στη φυσική της κατάσταση (φάση) που συμβαίνει χωρίς αλλαγή της θερμοκρασίας της. Η λανθάνουσα θερμότητα που σχετίζεται με την τήξη ενός στερεού ή την κατάψυξη ενός υγρού ονομάζεται θερμότητα σύντηξης. που σχετίζεται με την εξάτμιση ενός υγρού ή ενός στερεού ή τη συμπύκνωση ενός ατμού ονομάζεται θερμότητα εξάτμισης. Η λανθάνουσα θερμότητα εκφράζεται συνήθως ως η ποσότητα θερμότητας (σε μονάδες joules ή θερμίδες) ανά γραμμομόριο ή μονάδα μάζας της ουσίας που υφίσταται αλλαγή κατάστασης.

Για παράδειγμα, όταν ένα δοχείο νερού διατηρείται βρασμένο, η θερμοκρασία παραμένει στους 100 ° C (212 ° F) έως ότου εξατμιστεί η τελευταία σταγόνα, επειδή όλη η θερμότητα που προστίθεται στο υγρό απορροφάται ως λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης και παρασύρεται από τα μόρια ατμών που διαφεύγουν. Παρομοίως, ενώ λιώνει ο πάγος, παραμένει στους 0 ° C (32 ° F) και το υγρό νερό που σχηματίζεται με τη λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης είναι επίσης στους 0 ° C. Η θερμότητα σύντηξης για νερό στους 0 ° C είναι περίπου 334 joules (79,7 θερμίδες) ανά γραμμάριο, και η θερμότητα της εξάτμισης στους 100 ° C είναι περίπου 2.230 joules (533 θερμίδες) ανά γραμμάριο. Επειδή η θερμότητα της εξάτμισης είναι τόσο μεγάλη, ο ατμός μεταφέρει μεγάλη θερμική ενέργεια που απελευθερώνεται όταν συμπυκνώνεται, καθιστώντας το νερό ένα εξαιρετικό υγρό εργασίας για τους κινητήρες θερμότητας.

Η λανθάνουσα θερμότητα προκύπτει από την εργασία που απαιτείται για να ξεπεραστούν οι δυνάμεις που συγκρατούν άτομα ή μόρια σε ένα υλικό. Η κανονική δομή ενός κρυσταλλικού στερεού διατηρείται από δυνάμεις έλξης μεταξύ των μεμονωμένων ατόμων του, οι οποίες κυμαίνονται ελαφρώς σχετικά με τις μέσες θέσεις τους στο κρυσταλλικό πλέγμα. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, αυτές οι κινήσεις γίνονται ολοένα και πιο βίαιες μέχρι, στο σημείο τήξης, οι ελκυστικές δυνάμεις να μην επαρκούν πλέον για τη διατήρηση της σταθερότητας του κρυσταλλικού πλέγματος. Ωστόσο, πρέπει να προστεθεί επιπλέον θερμότητα (η λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης) (σε σταθερή θερμοκρασία) προκειμένου να επιτευχθεί η μετάβαση στην ακόμη πιο διαταραγμένη υγρή κατάσταση, στην οποία τα μεμονωμένα σωματίδια δεν κρατούνται πλέον σε σταθερές θέσεις πλέγματος αλλά είναι ελεύθερα για να περάσετε μέσα από το υγρό. Ένα υγρό διαφέρει από ένα αέριο στο ότι οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των σωματιδίων εξακολουθούν να είναι επαρκείς για τη διατήρηση μιας σειράς μεγάλης εμβέλειας που προσδίδει στο υγρό ένα βαθμό συνοχής. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται περαιτέρω, επιτυγχάνεται ένα δεύτερο σημείο μετάβασης (το σημείο βρασμού) όπου η σειρά μεγάλης εμβέλειας καθίσταται ασταθής σε σχέση με τις σε μεγάλο βαθμό ανεξάρτητες κινήσεις των σωματιδίων στον πολύ μεγαλύτερο όγκο που καταλαμβάνεται από έναν ατμό ή ένα αέριο. Για άλλη μια φορά, πρέπει να προστεθεί επιπλέον θερμότητα (η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης) για να σπάσει τη σειρά του υγρού μεγάλης εμβέλειας και να ολοκληρώσει τη μετάβαση στην ευρέως διαταραγμένη αέρια κατάσταση.

Η λανθάνουσα θερμότητα σχετίζεται με διεργασίες διαφορετικές από τις αλλαγές μεταξύ των στερεών, υγρών και ατμών φάσεων μιας μόνο ουσίας. Πολλά στερεά υπάρχουν σε διαφορετικές κρυσταλλικές τροποποιήσεις, και οι μεταβάσεις μεταξύ αυτών γενικά περιλαμβάνουν απορρόφηση ή εξέλιξη λανθάνουσας θερμότητας. Η διαδικασία της διάλυσης μιας ουσίας σε μια άλλη συχνά περιλαμβάνει θερμότητα. εάν η διαδικασία λύσης είναι μια αυστηρά φυσική αλλαγή, η θερμότητα είναι μια λανθάνουσα θερμότητα. Μερικές φορές, ωστόσο, η διαδικασία συνοδεύεται από μια χημική αλλαγή, και μέρος της θερμότητας είναι αυτή που σχετίζεται με τη χημική αντίδραση. Δείτε επίσης την τήξη.