Definícia a príklady latentného tepla

Corinna Haselmayer / EyeEm / Getty Images

Špecifické latentné teplo ( L ) je definovaný ako množstvo termálna energia (teplo, Q ), ktorý sa absorbuje alebo uvoľňuje, keď telo prechádza procesom pri konštantnej teplote. Rovnica pre špecifické latentné teplo je:

L = Q / m

kde:

• L je špecifické latentné teplo
• Q je teplo absorbované alebo uvoľnené
• m je omša látky

Najbežnejšie typy procesov pri konštantnej teplote sú fázové zmeny , ako je topenie, mrazenie, vyparovanie alebo kondenzácia. Energia sa považuje za „latentnú“, pretože je v podstate skrytá v molekulách, kým nenastane fázová zmena. Je „špecifický“, pretože sa vyjadruje ako energia na jednotku hmotnosti. Najbežnejšie jednotky špecifického latentného tepla sú joulov na gram (J/g) a kilojouly na kilogram (kJ/kg).

Špecifické latentné teplo je an intenzívna vlastnosť hmoty . Jeho hodnota nezávisí od veľkosti vzorky ani od toho, kde v rámci látky sa vzorka odoberá.

História

Britský chemik Joseph Black zaviedol koncept latentného tepla niekde medzi rokmi 1750 a 1762. Výrobcovia škótskej whisky si najali Blacka, aby určil najlepšiu zmes paliva a vody. destiláciou a študovať zmeny objemu a tlaku pri konštantnej teplote. Použitá čierna kalorimetria pre jeho štúdiu a zaznamenali hodnoty latentného tepla.

Anglický fyzik James Prescott Joule opísal latentné teplo ako a forma potenciálnej energie . Joule veril, že energia závisí od špecifickej konfigurácie častíc v látke. V skutočnosti je to orientácia atómov v molekule, ich chemická väzba a ich polarita, čo ovplyvňuje latentné teplo.

Typy prenosu latentného tepla

Latentné teplo a citeľné teplo sú dva typy prenosu tepla medzi objektom a jeho prostredím. Tabuľky sú zostavené pre latentné teplo topenia a latentné teplo vyparovania. Citeľné teplo zase závisí od zloženia tela.

Latentné teplo fúzie: Latentný teplo fúzie je teplo absorbované alebo uvoľnené, keď sa hmota topí, pričom sa pri konštantnej teplote mení fáza z tuhej na kvapalnú formu. Latentné teplo vyparovania: Latentné teplo vyparovania je teplo absorbované alebo uvoľnené, keď sa hmota vyparuje, pričom sa pri konštantnej teplote mení fáza z kvapalnej na plynnú fázu. Citlivé teplo: Hoci sa citeľné teplo často nazýva latentné teplo, nie je to situácia konštantnej teploty, ani zmena fázy. Citeľné teplo odráža prenos tepla medzi hmotou a jej okolím. Je to teplo, ktoré možno „pociťovať“ ako zmenu teploty objektu.

Tabuľka špecifických hodnôt latentného tepla

Toto je tabuľka špecifického latentného tepla (SLH) fúzie a odparovania pre bežné materiály. Všimnite si extrémne vysoké hodnoty pre amoniak a vodu v porovnaní s hodnotami nepolárnych molekúl.

Materiál	Teplota topenia (°C)	Bod varu (°C)	SLH of Fusion kJ/kg	SLH odparovania kJ/kg
Amoniak	-77,74	−33,34	332,17	1369
Oxid uhličitý	−78	−57	184	574
Etylalkohol	−114	78,3	108	855
Vodík	−259	−253	58	455
Viesť	327,5	1750	23.0	871
Dusík	−210	−196	25.7	200
Kyslík	−219	−183	13.9	213
Chladivo R134A	−101	−26.6	—	215,9
toluén	−93	110,6	72,1	351
Voda	0	100	334	2264,705

Citlivé teplo a meteorológia

Zatiaľ čo latentné teplo fúzie a vyparovania sa využíva vo fyzike a chémii, meteorológovia považujú aj za citeľné teplo. Keď sa latentné teplo absorbuje alebo uvoľní, spôsobuje nestabilitu v atmosfére, čo môže spôsobiť nepriaznivé počasie. Zmena latentného tepla mení teplotu predmetov, keď prichádzajú do kontaktu s teplejším alebo chladnejším vzduchom. Latentné aj citeľné teplo spôsobuje pohyb vzduchu, vytvára vietor a vertikálny pohyb vzdušných hmôt.

Príklady latentného a citlivého tepla

Každodenný život je plný príkladov latentného a citeľného tepla:

• Vriaca voda na sporáku nastáva, keď sa tepelná energia z vykurovacieho telesa prenáša do hrnca a následne do vody. Keď sa dodá dostatok energie, tekutá voda expanduje a vytvára vodnú paru a voda vrie. Pri varení vody sa uvoľňuje obrovské množstvo energie. Pretože voda má také vysoké výparné teplo, je ľahké sa popáliť parou.
• Podobne sa musí absorbovať značná energia na premenu tekutej vody na ľad v mrazničke. Mraznička odoberá tepelnú energiu, čo umožňuje fázový prechod. Voda má vysoké latentné teplo topenia, takže premena vody na ľad vyžaduje odstránenie väčšieho množstva energie ako zmrazenie tekutého kyslíka na pevný kyslík na jednotku gramu.
• Latentné teplo spôsobuje zosilnenie hurikánov. Vzduch sa ohrieva, keď prechádza teplou vodou a zachytáva vodnú paru. Keď para kondenzuje a vytvára oblaky, latentné teplo sa uvoľňuje do atmosféry. Toto pridané teplo ohrieva vzduch, spôsobuje nestabilitu a pomáha mrakom stúpať a zosilňovať búrku.
• Citeľné teplo sa uvoľňuje, keď pôda absorbuje energiu zo slnečného žiarenia a otepľuje sa.
• Ochladzovanie potením je ovplyvnené latentným a citeľným teplom. Keď fúka vánok, chladenie odparovaním je vysoko účinné. Teplo sa odvádza preč z tela v dôsledku vysokého latentného tepla vyparovania vody. Je však oveľa ťažšie ochladiť sa na slnečnom mieste ako v tieni, pretože citeľné teplo z absorbovaného slnečného žiarenia konkuruje účinku odparovania.

Zdroje

• Bryan, G.H. (1907). Termodynamika. Úvodné pojednanie zaoberajúce sa predovšetkým prvými princípmi a ich priamymi aplikáciami . B.G. Teubner, Lipsko.
• Clark, John, O.E. (2004). Základný slovník vedy . Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8.
• Maxwell, J. C. (1872). Teória tepla , tretia edícia. Longmans, Green a Co., Londýn, strana 73.
• Perrot, Pierre (1998). A až Z termodynamiky . Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.