Скрытая теплота - Latent heat
Термодинамика |
---|
Скрытая теплота (также известная как скрытая энергия или теплота трансформации ) - это энергия, выделяемая или поглощаемая телом или термодинамической системой во время процесса с постоянной температурой - обычно это фазовый переход первого рода .
Скрытое тепло можно понимать как энергию в скрытой форме, которая подается или извлекается для изменения состояния вещества без изменения его температуры. Примерами являются скрытая теплота плавления и скрытая теплота парообразования, участвующая в фазовых переходах , то есть вещество, конденсирующееся или испаряющееся при определенной температуре и давлении.
Термин был введен около 1762 года британским химиком Джозефом Блэком . Оно образовано от латинского latere ( скрывать ). Блэк использовал этот термин в контексте калориметрии, когда теплопередача вызывала изменение объема тела, в то время как его температура оставалась постоянной.
В отличие от скрытого тепла, физическое тепло - это энергия, передаваемая в виде тепла , что приводит к изменению температуры тела.
использование
Термины «явное тепло» и «скрытое тепло» относятся к энергии, передаваемой между телом и его окружением, определяемой наличием или отсутствием изменения температуры; они зависят от свойств тела. «Явное тепло» ощущается или ощущается в процессе как изменение температуры тела. «Скрытое тепло» - это энергия, передаваемая в процессе без изменения температуры тела, например, при фазовом переходе (твердое тело / жидкость / газ).
Как явная, так и скрытая теплота наблюдается во многих процессах передачи энергии в природе. Скрытое тепло связано с изменением фазы атмосферной или океанской воды, испарением , конденсацией , замерзанием или таянием , тогда как явное тепло - это передаваемая энергия, которая проявляется в изменении температуры атмосферы, океана или льда без этих фазовых изменений. , хотя это связано с изменениями давления и объема.
Первоначальное использование этого термина, введенное Блэком, применялось к системам, которые намеренно поддерживались при постоянной температуре. Такое использование относится к скрытой теплоте расширения и нескольким другим связанным скрытым теплотам. Эти скрытые теплоты определяются независимо от концептуальной основы термодинамики.
Когда тело нагревается до постоянной температуры с помощью теплового излучения в микроволновом поле, например, оно может расширяться на величину, описываемую его скрытой теплотой по отношению к объему или скрытой теплотой расширения , или увеличивать свое давление на величину, описываемую его скрытой теплотой. тепло по отношению к давлению . Скрытое тепло - это энергия, выделяемая или поглощаемая телом или термодинамической системой во время процесса с постоянной температурой. Две распространенные формы скрытой теплоты - это скрытая теплота плавления ( плавление ) и скрытая теплота парообразования ( кипение ). Эти названия описывают направление потока энергии при переходе от одной фазы к другой: от твердой к жидкости и от жидкости к газу.
В обоих случаях изменение является эндотермическим , что означает, что система поглощает энергию. Например, когда вода испаряется, молекулам воды требуется энергия, чтобы преодолеть силы притяжения между ними, переход от воды к пару требует ввода энергии.
Если затем пар конденсируется в жидкость на поверхности, то скрытая энергия пара, поглощенная во время испарения, высвобождается в виде явного тепла жидкости на поверхность.
Большое значение энтальпии конденсации водяного пара является причиной того, что пар является гораздо более эффективным теплоносителем, чем кипящая вода, и более опасен.
Метеорология
В метеорологии , латентный тепловой поток представляет собой поток энергии от поверхности Земли в атмосферу , которая связана с испарением или транспирацией воды на поверхность и последующей конденсацией части паров воды в тропосфере . Это важный компонент баланса энергии поверхности Земли. Скрытый тепловой поток обычно измеряли с помощью метода коэффициента Боуэна , а в последнее время, с середины 1900-х годов, методом вихревой ковариации .
История
Английское слово латентное происходит от латинского latēns , что означает лежать скрыто . Термин скрытая теплота был введен в калориметрию примерно в 1750 году, когда Джозеф Блэк , получивший заказ от производителей шотландского виски в поисках идеальных количеств топлива и воды для процесса дистилляции, изучил системные изменения, такие как объем и давление, когда термодинамическая система выдерживали при постоянной температуре в термальной ванне. Джеймс Прескотт Джоуль охарактеризовал скрытую энергию как энергию взаимодействия в данной конфигурации частиц, т. Е. Форму потенциальной энергии , а явное тепло как энергию, показываемую термометром, связывая последнюю с тепловой энергией .
Удельная скрытая теплота
Удельная скрытая теплота ( L ) выражает количество энергии в виде тепла ( Q ) , необходимого для полного осуществления изменения фазы на единицу массы ( м ), как правило , 1 кг , вещества , как интенсивное свойство :
Интенсивные свойства - это характеристики материала, которые не зависят от размера или объема образца. В литературе обычно цитируются и приводятся в таблицах удельная скрытая теплота плавления и удельная скрытая теплота испарения для многих веществ.
Исходя из этого определения, скрытая теплота для данной массы вещества рассчитывается по формуле
куда:
- Q - количество энергии, высвобожденной или поглощенной во время изменения фазы вещества (в кДж или БТЕ ),
- m - масса вещества (в кг или фунтах ), а
- L - удельная скрытая теплота для определенного вещества (кДж кг -1 или в БТЕ · фунт -1 ), либо L f для плавления, либо L v для испарения.
Таблица удельной скрытой теплоты
В следующей таблице показаны удельная скрытая теплота и изменение фазовых температур (при стандартном давлении) некоторых распространенных жидкостей и газов.
Вещество |
SLH из слияния (кДж / кг) |
Точка плавления (° C) |
SLH из испарения (кДж / кг) |
Кипение точка (° С) |
---|---|---|---|---|
Этиловый спирт | 108 | −114 | 855 | 78,3 |
Аммиак | 332,17 | -77,74 | 1369 | -33,34 |
Углекислый газ | 184 | −78 | 574 | −57 |
Гелий | 21 год | −268,93 | ||
Водород (2) | 58 | −259 | 455 | −253 |
Вести | 23,0 | 327,5 | 871 | 1750 г. |
Азот | 25,7 | −210 | 200 | −196 |
Кислород | 13,9 | −219 | 213 | −183 |
Хладагент R134a | −101 | 215,9 | −26,6 | |
Хладагент R152a | −116 | 326,5 | -25 | |
Кремний | 1790 | 1414 | 12800 | 3265 |
Толуол | 72,1 | −93 | 351 | 110,6 |
Скипидар | 293 | |||
Воды | 334 | 0 | 2264,705 | 100 |
Удельная скрытая теплота конденсации воды в облаках
Удельная скрытая теплота конденсации воды в диапазоне температур от −25 ° C до 40 ° C аппроксимируется следующей эмпирической кубической функцией:
где температура - это числовое значение в ° C.
Для сублимации и осаждения изо льда и в него удельная скрытая теплота почти постоянна в диапазоне температур от -40 ° C до 0 ° C и может быть аппроксимирована следующей эмпирической квадратичной функцией:
Изменение температуры (или давления)
Когда температура (или давление) повышается до критической точки , скрытая теплота парообразования падает до нуля.
Смотрите также
- Коэффициент Боуэна
- Вихревой ковариационный поток (вихревая корреляция, вихревой поток)
- Сублимация (физика)
- Удельная теплоемкость
- Энтальпия плавления
- Энтальпия испарения