Definisjon og eksempler på latent varme

Corinna Haselmayer / EyeEm / Getty Images

Spesifikk latent varme ( L ) er definert som mengden av Termisk energi (varme, Q ) som absorberes eller frigjøres når en kropp gjennomgår en prosess med konstant temperatur. Ligningen for spesifikk latent varme er:

L = Q / m

hvor:

• L er den spesifikke latente varmen
• Q er varmen absorbert eller frigjort
• m er den masse av et stoff

De vanligste typene prosesser med konstant temperatur er faseendringer , slik som smelting, frysing, fordamping eller kondensering. Energien anses å være 'latent' fordi den i hovedsak er skjult i molekylene til faseendringen skjer. Den er 'spesifikk' fordi den uttrykkes i form av energi per masseenhet. De vanligste enhetene for spesifikk latent varme er joule per gram (J/g) og kilojoule per kilogram (kJ/kg).

Spesifikk latent varme er en materiens intensive egenskap . Verdien avhenger ikke av prøvestørrelsen eller hvor i et stoff prøven er tatt.

Historie

Den britiske kjemikeren Joseph Black introduserte konseptet latent varme et sted mellom årene 1750 og 1762. Skotske whiskyprodusenter hadde ansatt Black for å finne den beste blandingen av drivstoff og vann for destillasjon og å studere endringer i volum og trykk ved konstant temperatur. Svart påført kalorimetri for hans studie og registrerte latente varmeverdier.

Den engelske fysikeren James Prescott Joule beskrev latent varme som en form for potensiell energi . Joule mente energien var avhengig av den spesifikke konfigurasjonen av partikler i et stoff. Faktisk er det orienteringen av atomer i et molekyl, deres kjemiske binding og deres polaritet som påvirker latent varme.

Typer latent varmeoverføring

Latent varme og fornuftig varme er to typer varmeoverføring mellom et objekt og dets miljø. Tabeller er satt sammen for latent fusjonsvarme og latent fordampningsvarme. Fornuftig varme avhenger i sin tur av sammensetningen av en kropp.

Latent Fusion Heat: Latent fusjonsvarme er varmen som absorberes eller frigjøres når materie smelter, og skifter fase fra fast til flytende form ved konstant temperatur. Latent fordampningsvarme: Den latente fordampningsvarmen er varmen som absorberes eller frigjøres når materie fordamper, og skifter fase fra væske- til gassfase ved konstant temperatur. Fornuftig varme: Selv om fornuftig varme ofte kalles latent varme, er det ikke en situasjon med konstant temperatur, og det er heller ikke en faseendring involvert. Følsom varme reflekterer varmeoverføring mellom materie og omgivelsene. Det er varmen som kan 'føles' som en endring i et objekts temperatur.

Tabell over spesifikke latente varmeverdier

Dette er en tabell over spesifikk latent varme (SLH) av fusjon og fordamping for vanlige materialer. Legg merke til de ekstremt høye verdiene for ammoniakk og vann sammenlignet med ikke-polare molekyler.

Materiale	Smeltepunkt (°C)	Kokepunkt (°C)	SLH of Fusion kJ/kg	SLH of Vaporization kJ/kg
Ammoniakk	−77,74	−33.34	332,17	1369
Karbondioksid	−78	−57	184	574
Etyl alkohol	−114	78,3	108	855
Hydrogen	−259	−253	58	455
Lede	327,5	1750	23.0	871
Nitrogen	−210	−196	25.7	200
Oksygen	−219	−183	13.9	213
Kjølemiddel R134A	−101	−26.6	—	215,9
Toluen	−93	110,6	72,1	351
Vann	0	100	334	2264.705

Fornuftig varme og meteorologi

Mens latent fusjons- og fordampningsvarme brukes i fysikk og kjemi, vurderer meteorologer også fornuftig varme. Når latent varme absorberes eller frigjøres, produserer det ustabilitet i atmosfæren, noe som potensielt kan produsere hardt vær. Endringen i latent varme endrer temperaturen på gjenstander når de kommer i kontakt med varmere eller kjøligere luft. Både latent og følsom varme får luft til å bevege seg, og produserer vind og vertikal bevegelse av luftmasser.

Eksempler på latent og fornuftig varme

Hverdagen er fylt med eksempler på latent og fornuftig varme:

• Kokende vann på en komfyr oppstår når termisk energi fra varmeelementet overføres til kjelen og i sin tur til vannet. Når det tilføres nok energi, utvider flytende vann seg til vanndamp og vannet koker. En enorm mengde energi frigjøres når vann koker. Fordi vann har så høy fordampningsvarme, er det lett å bli brent av damp.
• På samme måte må det absorberes betydelig energi for å omdanne flytende vann til is i en fryser. Fryseren fjerner termisk energi, slik at faseovergangen kan skje. Vann har en høy latent fusjonsvarme, så å gjøre vann til is krever fjerning av mer energi enn å fryse flytende oksygen til fast oksygen, per enhet gram.
• Latent varme får orkaner til å intensivere. Luft varmes opp når den krysser varmt vann og plukker opp vanndamp. Når dampen kondenserer for å danne skyer, frigjøres latent varme til atmosfæren. Denne tilførte varmen varmer luften, produserer ustabilitet og hjelper skyene til å stige og stormen til å intensivere.
• Følsom varme frigjøres når jord absorberer energi fra sollys og blir varmere.
• Nedkjøling via svette påvirkes av latent og følsom varme. Når det blåser, er evaporativ kjøling svært effektiv. Varme spres bort fra kroppen på grunn av den høye latente fordampningsvarmen til vann. Det er imidlertid mye vanskeligere å kjøle seg ned på et solrikt sted enn på et skyggefullt sted fordi fornuftig varme fra absorbert sollys konkurrerer med effekten fra fordampning.

Kilder

• Bryan, G.H. (1907). Termodynamikk. En innledende avhandling som hovedsakelig omhandler de første prinsippene og deres direkte anvendelser . B.G. Teubner, Leipzig.
• Clark, John, O.E. (2004). The Essential Dictionary of Science . Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8.
• Maxwell, J.C. (1872). Teori om varme , tredje utgave. Longmans, Green og Co., London, side 73.
• Perrot, Pierre (1998). A til Å for termodynamikk . Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.