Hlavná veda

Fyzika latentného tepla

Fyzika latentného tepla
Fyzika latentného tepla

Video: Teplo, měrná tepelná kapacita - vzorce, výpočty 2024, Smieť

Video: Teplo, měrná tepelná kapacita - vzorce, výpočty 2024, Smieť
Anonim

Latentné teplo, energia absorbovaná alebo uvoľňovaná látkou počas zmeny jej fyzikálneho stavu (fázy), ku ktorej dochádza bez zmeny jej teploty. Latentné teplo spojené s topením tuhej látky alebo zamrznutím kvapaliny sa nazýva teplo fúzie; to, čo sa spája s odparovaním kvapaliny alebo tuhej látky alebo kondenzáciou pary, sa nazýva odparovacie teplo. Latentné teplo sa obvykle vyjadruje ako množstvo tepla (v jednotkách joulov alebo kalórií) na mól alebo jednotková hmotnosť látky, ktorá podlieha zmene stavu.

Napríklad, keď sa nádoba s vodou udržuje vo vare, teplota zostáva na 100 ° C (212 ° F), kým sa posledná kvapka neodparí, pretože všetok teplo, ktoré sa pridáva do kvapaliny, sa absorbuje ako latentné teplo odparovania a odvádza sa unikajúce molekuly pary. Podobne, zatiaľ čo sa ľad topí, zostáva pri 0 ° C a kvapalná voda, ktorá sa tvorí latentným teplom fúzie, je tiež pri 0 ° C. Teplo fúzie pre vodu pri 0 ° C je približne 334 joulov (79,7 kalórií) na gram a teplo odparovania pri 100 ° C je asi 2 230 joulov (533 kalórií) na gram. Pretože teplo z odparovania je také veľké, para nesie veľké množstvo tepelnej energie, ktorá sa pri kondenzácii uvoľňuje, čo z vody robí vynikajúcu pracovnú tekutinu pre tepelné motory.

Latentné teplo vzniká z práce potrebnej na prekonanie síl, ktoré držia pohromade atómy alebo molekuly v materiáli. Pravidelná štruktúra kryštalickej pevnej látky je udržiavaná príťažlivými silami medzi jej jednotlivými atómami, ktoré mierne oscilujú okolo svojich priemerných pozícií v kryštálovej mriežke. Keď teplota stúpa, tieto pohyby sú čoraz násilnejšie, až kým v bode topenia nie sú atraktívne sily už dostatočné na udržanie stability kryštalickej mriežky. Musí sa však pridať ďalšie teplo (latentné teplo jadrovej syntézy) (pri konštantnej teplote), aby sa dosiahol prechod na ešte viac disordérny tekutý stav, v ktorom jednotlivé častice už nie sú držané v pevných polohách mriežky, ale sú voľné. pohybovať sa kvapalinou. Kvapalina sa líši od plynu tým, že príťažlivé sily medzi časticami sú stále dostatočné na udržanie poriadku na veľké vzdialenosti, ktorý dodáva tekutine určitý stupeň súdržnosti. Keď sa teplota ďalej zvyšuje, dosiahne sa druhý bod prechodu (bod varu), keď sa poradie s dlhým dosahom stáva nestabilným vzhľadom na do značnej miery nezávislé pohyby častíc v oveľa väčšom objeme, ktorý zaujíma para alebo plyn. Opäť sa musí pridať ďalšie teplo (latentné teplo odparovania), aby sa prerušil dlhodobý poriadok kvapaliny a aby sa dosiahol prechod do značne neusporiadaného plynného stavu.

Latentné teplo je spojené s inými procesmi, ako sú zmeny medzi pevnou, kvapalnou a parnou fázou jednej látky. Mnoho rôznych tuhých látok existuje v rôznych kryštalických modifikáciách a prechody medzi nimi zvyčajne zahŕňajú absorpciu alebo vývoj latentného tepla. Proces rozpúšťania jednej látky v druhej často zahŕňa teplo; ak je proces riešenia prísne fyzikálna zmena, teplo je latentné teplo. Niekedy je však tento proces sprevádzaný chemickou zmenou a časť tepla je tá, ktorá je spojená s chemickou reakciou. Pozri tiež topenie.