Vigtigste videnskab

Latent varmefysik

Latent varmefysik
Latent varmefysik

Video: Värme och temperatur 5 2024, Kan

Video: Värme och temperatur 5 2024, Kan
Anonim

Latent varme, energi absorberet eller frigivet af et stof under en ændring i dets fysiske tilstand (fase), der opstår uden at ændre dets temperatur. Den latente varme, der er forbundet med at smelte et fast stof eller fryse en væske, kaldes fusionsvarmen; det der er forbundet med at fordampe en væske eller et fast stof eller kondensere en damp kaldes fordampningsvarmen. Den latente varme udtrykkes normalt som mængden af ​​varme (i enheder joule eller kalorier) pr. Mol eller enhedsmasse af stoffet, der gennemgår en tilstandsændring.

For eksempel, når en gryde med vand holdes kogende, forbliver temperaturen ved 100 ° C (212 ° F), indtil den sidste dråbe fordamper, fordi al den varme, der tilsættes væsken, absorberes som latent fordampningsvarme og føres væk af de udstrømmende dampmolekyler. Mens isen smelter, forbliver den ligeledes ved 0 ° C (32 ° F), og det flydende vand, der dannes med den latente fusionsvarme, er også ved 0 ° C. Fusionsvarmen for vand ved 0 ° C er ca. 334 joule (79,7 kalorier) pr. Gram, og fordampervarmen ved 100 ° C er ca. 2.230 joule (533 kalorier) pr. Gram. Da fordampningsvarmen er så stor, bærer damp en masse termisk energi, der frigøres, når den kondenseres, hvilket gør vand til en fremragende arbejdsvæske til varmemotorer.

Latent varme opstår fra det arbejde, der kræves for at overvinde de kræfter, der holder atomer eller molekyler sammen i et materiale. Den regelmæssige struktur af et krystallinsk faststof opretholdes af tiltrækningskræfter blandt dets individuelle atomer, som svinger lidt omkring deres gennemsnitlige positioner i krystalgitteret. Når temperaturen stiger, bliver disse bevægelser mere voldelige, indtil de attraktive kræfter på smeltepunktet ikke længere er tilstrækkelige til at opretholde krystalgitterets stabilitet. Der skal dog tilføjes yderligere varme (den latente fusionsvarme) (ved konstant temperatur) for at opnå overgangen til den endnu mere forstyrrede flydende tilstand, hvor de individuelle partikler ikke længere holdes i faste gitterpositioner, men er fri at bevæge sig gennem væsken. En væske adskiller sig fra en gas, idet tiltrækningskræfterne mellem partiklerne stadig er tilstrækkelige til at opretholde en lang rækkevidde, der giver væsken en grad af samhørighed. Når temperaturen yderligere stiger, nås et andet overgangspunkt (kogepunktet), hvor rækkefølgen i lang rækkevidde bliver ustabil i forhold til de stort set uafhængige bevægelser af partiklerne i det meget større volumen optaget af en damp eller gas. Endnu en gang skal yderligere varme (den latente fordampningsvarme) tilføjes for at bryde væskens lang rækkevidde og gennemføre overgangen til den i vid udstrækning forstyrrede gasformige tilstand.

Latent varme er forbundet med andre processer end ændringer blandt de faste, flydende og dampfaser af et enkelt stof. Mange faste stoffer findes i forskellige krystallinske modifikationer, og overgangene mellem disse involverer generelt absorption eller udvikling af latent varme. Processen med at opløse et stof i et andet involverer ofte varme; hvis opløsningen er en strengt fysisk ændring, er varmen en latent varme. Nogle gange er processen imidlertid ledsaget af en kemisk ændring, og en del af varmen er den, der er forbundet med den kemiske reaktion. Se også smeltning.