Opredelitev in primeri latentne toplote

Corinna Haselmayer / EyeEm / Getty Images

Specifična latentna toplota ( L ) je opredeljena kot količina termalna energija (toplota, Q ), ki se absorbira ali sprosti, ko je telo podvrženo procesu s konstantno temperaturo. Enačba za specifično latentno toploto je:

L = Q / m

kje:

• L je specifična latentna toplota
• Q je toplota absorbirana ali sproščena
• m ali je masa snovi

Najpogostejši tipi procesov s konstantno temperaturo so fazne spremembe , kot so taljenje, zmrzovanje, uparjanje ali kondenzacija. Energija velja za 'latentno', ker je v bistvu skrita v molekulah, dokler ne pride do fazne spremembe. Je „specifična“, ker je izražena z energijo na enoto mase. Najpogostejše enote specifične latentne toplote so džulov na gram (J/g) in kilodžul na kilogram (kJ/kg).

Specifična latentna toplota je intenzivna lastnost snovi . Njegova vrednost ni odvisna od velikosti vzorca ali od tega, kje znotraj snovi je vzorec vzet.

Zgodovina

Britanski kemik Joseph Black je predstavil koncept latentne toplote nekje med letoma 1750 in 1762. Proizvajalci škotskega viskija so najeli Blacka, da določi najboljšo mešanico goriva in vode za destilacija in preučevanje sprememb volumna in tlaka pri stalni temperaturi. Uporabljena črna kalorimetrija za njegovo študijo in zabeležene vrednosti latentne toplote.

Angleški fizik James Prescott Joule je latentno toploto opisal kot obliki potencialne energije . Joule je verjel, da je energija odvisna od specifične konfiguracije delcev v snovi. Pravzaprav na latentno toploto vpliva usmerjenost atomov znotraj molekule, njihova kemična vez in njihova polarnost.

Vrste latentnega prenosa toplote

Latentna toplota in zaznavna toplota sta dve vrsti prenosa toplote med predmetom in njegovim okoljem. Tabele so sestavljene za latentno talilno toploto in latentno toploto uparjanja. Občutna toplota pa je odvisna od sestave telesa.

Latentna fuzijska toplota: Latentno talilna toplota je toplota, ki se absorbira ali sprosti, ko se snov tali in spreminja fazo iz trdne v tekočo obliko pri konstantni temperaturi. Latentna toplota uparjanja: Latentna toplota izhlapevanja je toplota, ki se absorbira ali sprosti, ko snov izhlapeva in spreminja fazo iz tekoče v plinasto fazo pri konstantni temperaturi. Občutljiva toplota: Čeprav zaznavno toploto pogosto imenujemo latentna toplota, ne gre za situacijo s konstantno temperaturo niti ni vključena fazna sprememba. Zaznavna toplota odraža prenos toplote med snovjo in njeno okolico. To je toplota, ki jo lahko 'zaznamo' kot spremembo temperature predmeta.

Tabela vrednosti specifične latentne toplote

To je tabela specifične latentne toplote (SLH) fuzije in uparjanja za običajne materiale. Upoštevajte izjemno visoke vrednosti amoniaka in vode v primerjavi z vrednostmi nepolarnih molekul.

Material	Tališče (°C)	Vrelišče (°C)	SLH Fusion kJ/kg	SLH izhlapevanja kJ/kg
amoniak	−77,74	−33,34	332.17	1369
Ogljikov dioksid	−78	−57	184	574
Etilni alkohol	−114	78.3	108	855
vodik	−259	−253	58	455
Svinec	327.5	1750	23.0	871
Dušik	−210	−196	25.7	200
kisik	−219	−183	13.9	213
Hladilno sredstvo R134A	−101	−26,6	—	215.9
Toluen	−93	110.6	72.1	351
voda	0	100	334	2264.705

Občutljiva toplota in meteorologija

Medtem ko se latentna fuzijska toplota in uparjanje uporabljata v fiziki in kemiji, meteorologi upoštevajo tudi zaznavno toploto. Ko se latentna toplota absorbira ali sprosti, povzroči nestabilnost v ozračju, kar lahko povzroči slabo vreme. Sprememba latentne toplote spremeni temperaturo predmetov, ko pridejo v stik s toplejšim ali hladnejšim zrakom. Tako latentna kot zaznavna toplota povzročata gibanje zraka, kar povzroča veter in navpično gibanje zračnih mas.

Primeri latentne in zaznavne toplote

Vsakdanje življenje je polno primerov latentne in občutne toplote:

• Vretje vode na štedilniku nastane, ko se toplotna energija iz grelnega elementa prenese na lonec in nato na vodo. Ko je dobavljene dovolj energije, se tekoča voda razširi v vodno paro in voda zavre. Ko voda vre, se sprosti ogromna količina energije. Ker ima voda tako visoko toploto izparevanja, se zlahka opeče s paro.
• Podobno je treba absorbirati precej energije za pretvorbo tekoče vode v led v zamrzovalniku. Zamrzovalnik odvzame toplotno energijo in omogoči fazni prehod. Voda ima visoko latentno talilno toploto, zato pretvarjanje vode v led zahteva odvzem več energije kot zamrzovanje tekočega kisika v trdni kisik na enoto grama.
• Latentna toplota povzroči, da se orkani okrepijo. Zrak se segreje, ko prečka toplo vodo in pobere vodno paro. Ko se para kondenzira in tvori oblake, se v ozračje sprosti latentna toplota. Ta dodana toplota segreje zrak, povzroča nestabilnost in pomaga dvigniti oblake ter okrepiti nevihto.
• Občutna toplota se sprosti, ko tla absorbirajo energijo sončne svetlobe in se segrejejo.
• Na hlajenje s potenjem vplivata latentna in zaznavna toplota. Ko piha vetrič, je hlajenje z izhlapevanjem zelo učinkovito. Toplota se odvaja stran od telesa zaradi visoke latentne toplote uparjanja vode. Vendar pa se je veliko težje ohladiti na sončni lokaciji kot v senci, ker občutna toplota absorbirane sončne svetlobe tekmuje z učinkom izhlapevanja.

Viri

• Bryan, G.H. (1907). Termodinamika. Uvodni traktat, ki obravnava predvsem prva načela in njihove neposredne uporabe . B.G. Teubner, Leipzig.
• Clark, John, O.E. (2004). Bistveni znanstveni slovar . Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8.
• Maxwell, J.C. (1872). Teorija toplote , tretja izdaja. Longmans, Green, and Co., London, stran 73.
• Perrot, Pierre (1998). A do Ž termodinamike . Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.