Latentinės šilumos fizika

Latentinė šiluma, energija, kurią absorbuoja arba išleidžia medžiaga, kai pasikeičia jos fizinė būsena (fazė), vykstanti nekeičiant jos temperatūros. Latentinė šiluma, susijusi su kietos medžiagos tirpinimu ar skysčio užšaldymu, vadinama lydymosi šiluma; tai, kas susiję su skysčio ar kietos medžiagos garinimu ar garų kondensavimu, vadinama garinimo šiluma. Latentinė šiluma paprastai išreiškiama šilumos kiekiu (džaulių ar kalorijų vienetais) vienam moliui arba vienetui medžiagos, kuriai keičiasi būsena.

Pvz., Kai vandens puodas verdamas, temperatūra išlieka 100 ° C (212 ° F), kol išgaruos paskutinis lašas, nes visa į skystį įpilama šiluma absorbuojama kaip latentinė garinimo šiluma ir ją nuneša išsiveržiančios garų molekulės. Panašiai, kol ledas tirpsta, jis išlieka 0 ° C (32 ° F), o skystas vanduo, susidarantis su latentine sintezės šiluma, taip pat yra 0 ° C. Vandens sintezės šiluma 0 ° C temperatūroje yra maždaug 334 džauliai (79,7 kalorijos) grame, o garinimo šiluma esant 100 ° C yra apie 2230 džaulių (533 kalorijos) gramui. Kadangi garavimo šiluma yra tokia didelė, garai pasiima didelę šiluminę energiją, kuri išsiskiria kondensacijos metu, todėl vanduo yra puikus darbinis skystis šiluminiams varikliams.

Latentinis karštis atsiranda dėl darbo, kurio reikia norint įveikti jėgas, kurios kartu su medžiaga laiko atomus ar molekules. Normalią kristalinės kietosios medžiagos struktūrą palaiko traukos jėgos tarp atskirų atomų, kurios šiek tiek svyruoja apie jų vidutines padėtis kristalų gardelėse. Kylant temperatūrai, šie judesiai tampa vis žiauresni, kol lydymosi vietoje patrauklių jėgų nebepakanka palaikyti kristalinės gardelės stabilumą. Tačiau norint pereiti į dar labiau netvarkingą skysčio būseną, kurioje atskiros dalelės nebėra laikomos fiksuotose grotelių padėtyse, bet yra laisvos, reikia įpilti papildomos šilumos (latentinės suliejimo šilumos) (esant pastoviai temperatūrai). judėti per skystį. Skystis skiriasi nuo dujų tuo, kad traukos jėgos tarp dalelių vis dar yra pakankamos tolimojo diapazono palaikymui, kuris suteikia skysčiui tam tikro laipsnio sanglaudą. Didėjant temperatūrai, pasiekiamas antrasis perėjimo taškas (virimo temperatūra), kai tolimojo nuotolio tvarka tampa nestabili, palyginti su iš esmės nepriklausomais dalelių judesiais daug didesniame tūryje, kurį užima garai ar dujos. Dar kartą reikia įpilti papildomos šilumos (latentinės garinimo šilumos), kad būtų pašalinta skysčio eilė tolimais atstumais ir pereita prie labai netvarkingos dujinės būsenos.

Latentinė šiluma yra susijusi su procesais, kurie nėra vienodi medžiagos kietosios, skystosios ir garų fazių pokyčiai. Daugelis kietų medžiagų egzistuoja skirtingomis kristalinėmis modifikacijomis, o perėjimai tarp jų paprastai apima latentinės šilumos absorbciją arba išsiskyrimą. Vienos medžiagos ištirpinimo kitoje procesas dažnai apima šilumą; jei tirpalo procesas yra griežtai fizinis pakeitimas, šiluma yra latentinė šiluma. Tačiau kartais procesą lydi cheminis pasikeitimas, o dalis šilumos yra susijusi su chemine reakcija. Taip pat žr.