Specyficzne utajone ciepło (L.) jest zdefiniowany jako kwota energia cieplna (ciepło, Q), który jest absorbowany lub uwalniany, gdy ciało przechodzi proces stałej temperatury. Równanie dla określonego ciepła utajonego jest następujące:
L. = Q / m
gdzie:
- L. jest specyficznym utajonym ciepłem
- Q oznacza ciepło pochłonięte lub uwolnione
- m jest masa substancji
Najczęstsze rodzaje procesów w stałej temperaturze to zmiany fazowe, takie jak topienie, zamrażanie, odparowywanie lub kondensacja. Energia jest uważana za „utajoną”, ponieważ jest zasadniczo ukryta w cząsteczkach, dopóki nie nastąpi zmiana fazy. Jest „specyficzny”, ponieważ wyraża się go w kategoriach energii na jednostkę masy. Najczęstszymi jednostkami ciepła utajonego są dżule na gram (J / g) i kilodżule na kilogram (kJ / kg).
Specyficzne utajone ciepło to intensywna właściwość materii. Jego wartość nie zależy od wielkości próbki ani od tego, w której substancji pobierana jest próbka.
Historia
Brytyjski chemik Joseph Black wprowadził pojęcie utajonego ciepła gdzieś w latach 1750–1762. Producenci szkockiej whisky zatrudniali Blacka, aby ustalić najlepszą mieszankę paliwa i wody
destylacja oraz badanie zmian objętości i ciśnienia w stałej temperaturze. Zastosowano czarny kalorymetria dla jego badania i zarejestrował utajone wartości ciepła.Angielski fizyk James Prescott Joule opisał utajone ciepło jako forma energii potencjalnej. Joule wierzył, że energia zależy od konkretnej konfiguracji cząstek w substancji. W rzeczywistości orientacja atomów w cząsteczce, ich wiązanie chemiczne i ich biegunowość wpływają na ciepło utajone.
Rodzaje ukrytego przenoszenia ciepła
Ciepło utajone i ciepło jawne to dwa rodzaje wymiany ciepła między przedmiotem a jego otoczeniem. Tabele zestawiono dla utajonego ciepła topnienia i utajonego ciepła parowania. Z kolei ciepło jawne zależy od składu ciała.
- Utajone ciepło fuzji: Utajony ciepło fuzji oznacza ciepło pochłaniane lub uwalniane, gdy materia się topi, zmieniając fazę z postaci stałej w ciekłą w stałej temperaturze.
- Utajone ciepło parowania: Utajone ciepło parowania to ciepło pochłaniane lub uwalniane, gdy materia paruje, zmieniając fazę z fazy ciekłej na fazę gazową w stałej temperaturze.
- Rozsądne ciepło: Chociaż ciepło jawne jest często nazywane ciepłem utajonym, nie jest to sytuacja o stałej temperaturze ani zmiana fazy. Ciepło jawne odzwierciedla transfer ciepła między materią a jej otoczeniem. Jest to ciepło, które można „wyczuć” jako zmianę temperatury obiektu.
Tabela konkretnych utajonych wartości ciepła
Jest to tabela specyficznego ciepła utajonego (SLH) topnienia i odparowywania typowych materiałów. Zwróć uwagę na wyjątkowo wysokie wartości dla amoniaku i wody w porównaniu z niepolarnymi cząsteczkami.
| Materiał | Temperatura topnienia (° C) | Temperatura wrzenia (° C) | SLH of Fusion kJ / kg |
SLH Waporyzacji kJ / kg |
| Amoniak | −77.74 | −33.34 | 332.17 | 1369 |
| Dwutlenek węgla | −78 | −57 | 184 | 574 |
| Alkohol etylowy | −114 | 78.3 | 108 | 855 |
| Wodór | −259 | −253 | 58 | 455 |
| Prowadzić | 327.5 | 1750 | 23.0 | 871 |
| Azot | −210 | −196 | 25.7 | 200 |
| Tlen | −219 | −183 | 13.9 | 213 |
| Czynnik chłodniczy R134A | −101 | −26.6 | — | 215.9 |
| Toluen | −93 | 110.6 | 72.1 | 351 |
| woda | 0 | 100 | 334 | 2264.705 |
Ciepło jawne i meteorologia
Podczas gdy utajone ciepło topnienia i parowania wykorzystywane jest w fizyce i chemii, meteorolodzy rozważają także ciepło jawne. Kiedy utajone ciepło jest absorbowane lub uwalniane, powoduje niestabilność w atmosferze, potencjalnie powodując trudną pogodę. Zmiana ciepła utajonego zmienia temperaturę obiektów wchodzących w kontakt z cieplejszym lub chłodniejszym powietrzem. Zarówno ciepło utajone, jak i ciepło jawne powodują ruch powietrza, wytwarzając wiatr i ruch pionowy mas powietrza.
Przykłady ciepła utajonego i rozsądnego
Codzienne życie jest pełne przykładów utajonego i odczuwalnego ciepła:
- Wrząca woda na piecu ma miejsce, gdy energia cieplna z elementu grzejnego jest przekazywana do garnka, a następnie do wody. Gdy dostarczana jest wystarczająca ilość energii, płynna woda rozszerza się, tworząc parę wodną i woda wrze. Ogromna ilość energii jest uwalniana, gdy woda się zagotuje. Ponieważ woda ma tak wysokie ciepło parowania, łatwo jest ją spalić parą.
- Podobnie, znaczna ilość energii musi zostać pochłonięta w celu przekształcenia ciekłej wody w lód w zamrażarce. Zamrażarka usuwa energię cieplną, umożliwiając przejście fazowe. Woda ma wysokie utajone ciepło topnienia, więc zamiana wody w lód wymaga usunięcia większej ilości energii niż zamrożenie ciekłego tlenu w stały tlen, na jednostkę grama.
- Utajone ciepło powoduje nasilenie huraganów. Powietrze ogrzewa się, gdy przepływa przez ciepłą wodę i zbiera parę wodną. Gdy para skrapla się tworząc chmury, utajone ciepło jest uwalniane do atmosfery. To dodatkowe ciepło ogrzewa powietrze, powodując niestabilność i pomagając w wznoszeniu się chmur i nasilaniu się burzy.
- Ciepło jawne jest uwalniane, gdy gleba absorbuje energię słoneczną i ogrzewa się.
- Na chłodzenie poprzez pocenie ma wpływ utajone i odczuwalne ciepło. Gdy wieje wiatr, chłodzenie wyparne jest bardzo skuteczne. Ciepło jest odprowadzane z ciała z powodu wysokiego utajonego ciepła parowania wody. O wiele trudniej jest jednak ochłodzić się w miejscu nasłonecznionym niż w zacienionym, ponieważ rozsądne ciepło z pochłoniętego światła słonecznego konkuruje z efektem parowania.
Źródła
- Bryan, G.H. (1907). Termodynamika. Traktat wprowadzający dotyczący przede wszystkim pierwszych zasad i ich bezpośrednich zastosowań. B.G. Teubner, Lipsk.
- Clark, John, O.E. (2004). Niezbędny słownik nauki. Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8.
- Maxwell, J.C. (1872). Teoria ciepła, trzecia edycja. Longmans, Green i Co., Londyn, strona 73.
- Perrot, Pierre (1998). Termodynamika od A do Z. Oxford University Press. ISBN 0–19–856552–6.