Căldură latentă specifică (L) este definit drept cantitatea de energie termală (căldură, Q) care este absorbit sau eliberat atunci când un corp suferă un proces de temperatură constantă. Ecuația pentru căldura latentă specifică este:
L = Q / m
Unde:
- L este căldura latentă specifică
- Q este căldura absorbită sau eliberată
- m este masa a unei substanțe
Cele mai frecvente tipuri de procese la temperatură constantă sunt modificări de fază, cum ar fi topirea, înghețarea, vaporizarea sau condensul. Energia este considerată a fi „latentă”, deoarece este ascunsă în mod esențial în molecule până când apare schimbarea de fază. Este „specific”, deoarece este exprimat în termeni de energie pe unitate de masă. Cele mai frecvente unități de căldură latentă specifice sunt jouli per gram (J / g) și kilojoules pe kilogram (kJ / kg).
Căldura latentă specifică este an proprietate intensivă a materiei. Valoarea sa nu depinde de mărimea eșantionului sau de unde se prelevează eșantionul într-o substanță.
Istorie
Chimistul britanic Joseph Black a introdus undeva între anii 1750 și 1762 conceptul de căldură latentă. Producătorii de whisky scoțieni au angajat Black pentru a determina cel mai bun amestec de combustibil și apă
distilare și pentru a studia modificările de volum și presiune la o temperatură constantă. Negru aplicat calorimetrie pentru studiul său și a înregistrat valori de căldură latente.Fizicianul englez James Prescott Joule a descris căldura latentă ca fiind forma de energie potențială. Joule credea că energia depindea de configurația specifică a particulelor dintr-o substanță. De fapt, orientarea atomilor în interiorul unei molecule, legătura lor chimică și polaritatea lor afectează căldura latentă.
Tipuri de transfer de căldură latentă
Căldura latentă și căldura sensibilă sunt două tipuri de transfer de căldură între un obiect și mediul său. Tabelele sunt compilate pentru căldura latentă de fuziune și căldura latentă de vaporizare. Căldura sensibilă, la rândul ei, depinde de compoziția unui corp.
- Căldura latentă a fuziunii: Latent căldură de fuziune este căldura absorbită sau eliberată atunci când materia se topește, schimbând faza de la solid la lichid la o temperatură constantă.
- Căldură latentă de vaporizare: Căldura latentă de vaporizare este căldura absorbită sau eliberată atunci când materia se vaporizează, schimbând faza de la lichid la faza gazoasă la o temperatură constantă.
- Căldură sensibilă: Deși căldura sensibilă este adesea numită căldură latentă, nu este o situație de temperatură constantă și nici nu este implicată o schimbare de fază. Căldura sensibilă reflectă transferul de căldură între material și împrejurimi. Este căldura care poate fi „sesizată” ca o schimbare a temperaturii unui obiect.
Tabelul valorilor specifice de căldură latentă
Acesta este un tabel cu căldură latentă specifică (SLH) de fuziune și vaporizare pentru materiale obișnuite. Rețineți valorile extrem de ridicate pentru amoniac și apă, comparativ cu cele ale moleculelor nepolare.
| Material | Punctul de topire (° C) | Punctul de fierbere (° C) | SLH of Fusion kJ / kg |
SLH de vaporizare kJ / kg |
| Amoniac | −77.74 | −33.34 | 332.17 | 1369 |
| Dioxid de carbon | −78 | −57 | 184 | 574 |
| Alcool etilic | −114 | 78.3 | 108 | 855 |
| Hidrogen | −259 | −253 | 58 | 455 |
| Conduce | 327.5 | 1750 | 23.0 | 871 |
| Azot | −210 | −196 | 25.7 | 200 |
| Oxigen | −219 | −183 | 13.9 | 213 |
| Refrigerent R134A | −101 | −26.6 | — | 215.9 |
| toluen | −93 | 110.6 | 72.1 | 351 |
| Apă | 0 | 100 | 334 | 2264.705 |
Căldură sensibilă și meteorologie
În timp ce căldura latentă de fuziune și vaporizare sunt utilizate în fizică și chimie, meteorologii consideră, de asemenea, căldura sensibilă. Când căldura latentă este absorbită sau eliberată, produce instabilitate în atmosferă, producând potențial vreme severă. Schimbarea căldurii latente modifică temperatura obiectelor, deoarece acestea vin în contact cu aerul mai cald sau mai rece. Atât căldura latentă cât și cea sensibilă determină mișcarea aerului, producând vânt și mișcare verticală a maselor de aer.
Exemple de căldură latentă și sensibilă
Viața de zi cu zi este plină de exemple de căldură latentă și sensibilă:
- Fierberea apei pe o sobă are loc atunci când energia termică din elementul de încălzire este transferată în oală și, la rândul ei, la apă. Când este furnizată suficientă energie, apa lichidă se extinde pentru a forma vapori de apă și apa fierbe. O cantitate enormă de energie este eliberată când apa fierbe. Deoarece apa are o căldură atât de mare de vaporizare, este ușor să fii ars de abur.
- În mod similar, trebuie să se absoarbă energie considerabilă pentru a transforma apa lichidă în gheață într-un congelator. Congelatorul elimină energia termică, permițând tranziția de fază. Apa are o căldură latentă mare de fuziune, astfel încât transformarea apei în gheață necesită eliminarea mai multor energii decât congelarea oxigenului lichid în oxigen solid, pe unitatea de gram.
- Căldura latentă determină intensificarea uraganelor. Aerul se încălzește pe măsură ce traversează apa caldă și preia vaporii de apă. Pe măsură ce vaporii se condensează pentru a forma nori, căldura latentă este eliberată în atmosferă. Această căldură adăugată încălzește aerul, producând instabilitate și ajutând norii să crească și furtuna să se intensifice.
- Căldura sensibilă este eliberată când solul absoarbe energia de lumina soarelui și se încălzește.
- Răcirea prin transpirație este afectată de căldura latentă și sensibilă. Când există briză, răcirea prin evaporare este extrem de eficientă. Căldura este disipată departe de corp datorită căldurii latente ridicate de vaporizare a apei. Cu toate acestea, este mult mai greu să se răcească într-o locație însorită decât într-una umbrită, deoarece căldura sensibilă din lumina soarelui absorbită concurează cu efectul evaporării.
surse
- Bryan, G.H. (1907). Termodinamicii. Un tratat introductiv care se ocupă în principal de primele principii și aplicațiile lor directe. B.G. Teubner, Leipzig.
- Clark, John, O.E. (2004). Dicționarul esențial al științei. Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8.
- Maxwell, J.C. (1872). Teoria căldurii, A treia editie. Longmans, Green, and Co., Londra, pagina 73.
- Perrot, Pierre (1998). A la Z de termodinamică. Presa Universitatii Oxford. ISBN 0-19-856552-6.