Τι είναι η λανθάνουσα θερμότητα; Ορισμός και Παραδείγματα

Ειδική λανθάνουσα θερμότητα (μεγάλο) ορίζεται ως το ποσό των θερμική ενέργεια (θερμότητα, Q) που απορροφάται ή απελευθερώνεται όταν ένα σώμα υφίσταται μια διαδικασία σταθερής θερμοκρασίας. Η εξίσωση για συγκεκριμένη λανθάνουσα θερμότητα είναι:

μεγάλο = Q / Μ

που:

• μεγάλο είναι η συγκεκριμένη λανθάνουσα θερμότητα
• Q είναι η θερμότητα που απορροφάται ή απελευθερώνεται
• Μ είναι το μάζα ουσίας

Οι πιο συνηθισμένοι τύποι διεργασιών σταθερής θερμοκρασίας είναι αλλαγές φάσης, όπως τήξη, κατάψυξη, εξάτμιση ή συμπύκνωση. Η ενέργεια θεωρείται "λανθάνουσα" επειδή ουσιαστικά κρύβεται μέσα στα μόρια μέχρι να εμφανιστεί η αλλαγή φάσης. Είναι "ειδικό" επειδή εκφράζεται σε όρους ενέργειας ανά μονάδα μάζας. Οι πιο κοινές μονάδες συγκεκριμένης λανθάνουσας θερμότητας είναι joules ανά γραμμάριο (J / g) και kilojoules ανά χιλιόγραμμο (kJ / kg).

Η συγκεκριμένη λανθάνουσα θερμότητα είναι μια εντατικής ιδιοκτησίας της ύλης. Η αξία του δεν εξαρτάται από το μέγεθος του δείγματος ή από την περίπτωση που λαμβάνεται δείγμα εντός μιας ουσίας.

Ο βρετανός χημικός Joseph Black εισήγαγε την έννοια της λανθάνουσας θερμότητας κάπου μεταξύ των ετών 1750 και 1762. Οι παραγωγοί σκωτσέζικου ουίσκι είχαν μισθώσει τον Μαύρο για να καθορίσουν το καλύτερο μίγμα καυσίμων και νερού για απόσταξη και να μελετήσουν τις μεταβολές του όγκου και της πίεσης σε σταθερή θερμοκρασία. Μαύρο εφαρμοσμένο θερμιδομετρία για τη μελέτη του και τις τιμές της λανθάνουσας θερμότητας.

Ο αγγλικός φυσικός James Prescott Joule περιέγραψε τη λανθάνουσα θερμότητα ως α μορφή δυνητικής ενέργειας. Ο Joule πίστευε ότι η ενέργεια εξαρτάται από την ειδική διαμόρφωση των σωματιδίων σε μια ουσία. Στην πραγματικότητα, είναι ο προσανατολισμός των ατόμων μέσα σε ένα μόριο, η χημική τους δέσμευση και η πολικότητα που επηρεάζουν την λανθάνουσα θερμότητα.

Η λανθάνουσα θερμότητα και η λογική θερμότητα είναι δύο τύποι μεταφοράς θερμότητας μεταξύ ενός αντικειμένου και του περιβάλλοντος του. Οι πίνακες συγκεντρώνονται για την λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης και την λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης. Η λογική θερμότητα, με τη σειρά της, εξαρτάται από τη σύνθεση ενός σώματος.

• Λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης: Λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης είναι η θερμότητα που απορροφάται ή απελευθερώνεται όταν η ύλη τήκεται, αλλάζοντας φάση από στερεή σε υγρή μορφή σε σταθερή θερμοκρασία.
• Λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης: Η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης είναι η θερμότητα που απορροφάται ή απελευθερώνεται όταν η ύλη εξατμίζεται, αλλάζοντας τη φάση από τη φάση υγρού σε αέριο σε σταθερή θερμοκρασία.
• Ευαίσθητη θερμότητα: Παρόλο που η λογική θερμότητα συχνά ονομάζεται λανθάνουσα θερμότητα, δεν είναι μια κατάσταση σταθερής θερμοκρασίας ούτε μια αλλαγή φάσης. Η λογική θερμότητα αντικατοπτρίζει τη μεταφορά θερμότητας μεταξύ της ύλης και του περιβάλλοντος χώρου της. Είναι η θερμότητα που μπορεί να «ανιχνευθεί» ως αλλαγή στη θερμοκρασία ενός αντικειμένου.

Αυτός είναι ένας πίνακας συγκεκριμένης λανθάνουσας θερμότητας (SLH) σύντηξης και εξάτμισης για κοινά υλικά. Σημειώστε τις εξαιρετικά υψηλές τιμές για την αμμωνία και το νερό σε σύγκριση με εκείνη των μη πολικών μορίων.

Ενώ η λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης και εξάτμισης χρησιμοποιείται στη φυσική και τη χημεία, οι μετεωρολόγοι θεωρούν επίσης τη λογική θερμότητα. Όταν η λανθάνουσα θερμότητα απορροφάται ή απελευθερώνεται, δημιουργεί αστάθεια στην ατμόσφαιρα, προκαλώντας ενδεχομένως έντονες καιρικές συνθήκες. Η αλλαγή της λανθάνουσας θερμότητας αλλάζει τη θερμοκρασία των αντικειμένων καθώς έρχονται σε επαφή με θερμότερο ή πιο δροσερό αέρα. Τόσο η λανθάνουσα όσο και η ευαίσθητη θερμότητα προκαλούν κίνηση του αέρα, προκαλώντας άνεμο και κάθετη κίνηση των μαζών του αέρα.

Η καθημερινή ζωή είναι γεμάτη με παραδείγματα λανθάνουσας και λογικής θερμότητας:

• Το βραστό νερό σε μια σόμπα εμφανίζεται όταν η θερμική ενέργεια από το στοιχείο θέρμανσης μεταφέρεται στο δοχείο και με τη σειρά του στο νερό. Όταν παρέχεται αρκετή ενέργεια, το υγρό νερό διογκώνεται για να σχηματίσει υδρατμούς και το νερό βράζει. Μια τεράστια ποσότητα ενέργειας απελευθερώνεται όταν βράζει το νερό. Επειδή το νερό έχει τόσο υψηλή θερμότητα εξάτμισης, είναι εύκολο να καεί από τον ατμό.
• Ομοίως, πρέπει να απορροφηθεί σημαντική ενέργεια για να μετατραπεί το υγρό νερό σε πάγο σε καταψύκτη. Ο καταψύκτης αφαιρεί τη θερμική ενέργεια, επιτρέποντας τη μετάβαση φάσης. Το νερό έχει μια υψηλή λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης, οπότε η μετατροπή του νερού σε πάγο απαιτεί την αφαίρεση περισσότερης ενέργειας από την κατάψυξη του υγρού οξυγόνου σε στερεό οξυγόνο ανά μονάδα γραμμαρίου.
• Η λανθάνουσα θερμότητα προκαλεί ένταση των τυφώνων. Ο αέρας θερμαίνεται καθώς διασχίζει το ζεστό νερό και συλλέγει υδρατμούς. Καθώς ο ατμός συμπυκνώνεται για να σχηματίσει σύννεφα, η λανθάνουσα θερμότητα απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα. Αυτή η προστιθέμενη θερμότητα θερμαίνει τον αέρα, προκαλώντας αστάθεια και βοηθώντας τα σύννεφα να ανέβουν και η καταιγίδα να ενταθεί.
• Η ευαίσθητη θερμότητα απελευθερώνεται όταν το έδαφος απορροφά ενέργεια από το φως του ήλιου και θερμαίνεται.
• Η ψύξη μέσω της εφίδρωσης επηρεάζεται από λανθάνουσα και ευαίσθητη θερμότητα. Όταν υπάρχει αεράκι, η ψύξη με εξάτμιση είναι εξαιρετικά αποτελεσματική. Η θερμότητα διαχέεται μακριά από το σώμα λόγω της υψηλής λανθάνουσας θερμότητας της εξάτμισης του νερού. Ωστόσο, είναι πολύ πιο δύσκολο να κρυώσει σε μια ηλιόλουστη τοποθεσία από ότι σε ένα σκιερό, επειδή η λογική θερμότητα από το απορροφημένο ηλιακό φως συναγωνίζεται με την επίδραση από την εξάτμιση.

• Bryan, G.H. (1907). Θερμοδυναμική. Μια εισαγωγική πραγματεία που ασχολείται κυρίως με τις πρώτες αρχές και τις άμεσες εφαρμογές τους. B.G. Teubner, Λειψία.
• Clark, John, Ο.Ε. (2004). Το βασικό λεξικό της επιστήμης. Barnes & Noble Βιβλία. ISBN 0-7607-4616-8.
• Maxwell, J.C. (1872). Θεωρία της θερμότητας, τρίτη έκδοση. Longmans, Green και Co., London, σελίδα 73.
• Perrot, Pierre (1998). Α έως Ζ της Θερμοδυναμικής. Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.