Spetsiifiline varjatud kuumus (L) määratletakse kui soojusenergia (kuumus, Q), mis imendub või vabaneb, kui keha läbib pideva temperatuuriga protsessi. Konkreetse latentse kuumuse võrrand on järgmine:
L = Q / m
kus:
- L on konkreetne varjatud kuumus
- Q on neeldunud või eralduv soojus
- m on mass ainest
Kõige tavalisemad püsitemperatuuri protsessid on faasimuutused, näiteks sulamine, külmutamine, aurumine või kondenseerumine. Seda energiat peetakse "latentseks", kuna see on põhiliselt molekulides peidus kuni faasivahetuse toimumiseni. See on "konkreetne", kuna seda väljendatakse energiana massiühiku kohta. Konkreetsed varjatud soojuse ühised ühikud on džaulid grammi kohta (J / g) ja kilodžaule kilogrammi kohta (kJ / kg).
Spetsiifiline latentne kuumus on mateeria intensiivne omadus. Selle väärtus ei sõltu proovi suurusest ega sellest, kust ainest võetakse proov.
Ajalugu
Briti keemik Joseph Black tutvustas latentse kuumuse mõistet kuskil aastatel 1750–1762. Šoti viski valmistajad olid palganud musta, et selgitada välja parim kütuse ja vee segu
destilleerimine ning uurida ruumala ja rõhu muutusi konstantsel temperatuuril. Must peale kantud kalorimeetria oma uuringu jaoks ja registreeriti varjatud soojusväärtused.Inglise füüsik James Prescott Joule kirjeldas varjatud kuumust kui potentsiaalse energia vorm. Joule arvas, et energia sõltub aine osakeste konkreetsest konfiguratsioonist. Latentset kuumust mõjutavad tegelikult aatomite orientatsioon molekulis, nende keemiline sidumine ja polaarsus.
Latentse soojusülekande tüübid
Varjatud kuumus ja mõistlik kuumus on objekti ja keskkonna vahel soojusülekande kaks tüüpi. Tabelid koostatakse varjatud termotuumasünteesi ja varjatud aurustumissoojuse jaoks. Mõistlik kuumus sõltub omakorda keha koostisest.
- Latentne termotuumasoojus: Latentne termotuumasüntees on aine sulamisel neeldunud või eralduv soojus, muutes faasi tahkest vedelaks püsival temperatuuril.
- Latentne aurustumissoojus: Aurustumise varjatud kuumus on aine aurustumisel neeldunud või eralduv soojus, muutes faasi vedelast gaasifaasiks konstantsel temperatuuril.
- Mõistlik kuumus: Ehkki mõistlikku kuumust nimetatakse sageli varjatud kuumuseks, pole see püsiv temperatuur ja ka faasimuutus. Mõistlik kuumus peegeldab soojusülekannet aine ja selle ümbruse vahel. See on kuumus, mida saab "tajuda" kui objekti temperatuuri muutust.
Spetsiifiliste latentses soojusväärtuste tabel
See on tabel tavaliste materjalide sulandumise ja aurustumise spetsiifilise latentse kuumuse (SLH) kohta. Pange tähele ammoniaagi ja vee eriti kõrgeid väärtusi võrreldes mittepolaarsete molekulidega.
| Materjal | Sulamistemperatuur (° C) | Keemispunkt (° C) | Fusiooni SLH kJ / kg |
Aurustumise SLH kJ / kg |
| Ammoniaak | −77.74 | −33.34 | 332.17 | 1369 |
| Süsinikdioksiid | −78 | −57 | 184 | 574 |
| Etüülalkohol | −114 | 78.3 | 108 | 855 |
| Vesinik | −259 | −253 | 58 | 455 |
| Plii | 327.5 | 1750 | 23.0 | 871 |
| Lämmastik | −210 | −196 | 25.7 | 200 |
| Hapnik | −219 | −183 | 13.9 | 213 |
| Külmutusagens R134A | −101 | −26.6 | — | 215.9 |
| Tolueen | −93 | 110.6 | 72.1 | 351 |
| Vesi | 0 | 100 | 334 | 2264.705 |
Mõistlik kuumus ja meteoroloogia
Kui füüsikas ja keemias kasutatakse varjatud termotuumasünteesi ja aurustumist, arvestavad meteoroloogid ka mõistliku kuumusega. Latentse soojuse neeldumisel või eraldamisel põhjustab see atmosfääri ebastabiilsust, põhjustades potentsiaalselt raskeid ilmastikutingimusi. Varjatud kuumuse muutus muudab objektide temperatuuri, kui need puutuvad kokku soojema või jahedama õhuga. Nii varjatud kui ka mõistlik kuumus põhjustavad õhu liikumist, põhjustades õhumasside tuule ja vertikaalse liikumise.
Näited varjatud ja mõistlikust kuumusest
Igapäevaelu on täis näiteid varjatud ja mõistliku kuumuse kohta:
- Keev vesi keedul toimub siis, kui kütteelemendist saadav soojusenergia kandub potti ja omakorda vette. Kui tarnitakse piisavalt energiat, laieneb vedel vesi veeaurude moodustamiseks ja vesi keeb. Kui vesi keeb, eraldub tohutult energiat. Kuna vees on nii suur aurustumissoojus, on aur sellega kerge põletada.
- Samamoodi peab vedeliku vee muutmiseks sügavkülmikus jääks arvestama palju energiat. Sügavkülm eemaldab soojusenergia, võimaldades faasisiiret. Vees on kõrge varjatud sulandumissoojus, mistõttu vee muutmiseks jääks tuleb grammiühiku kohta võtta rohkem energiat kui vedela hapniku külmutamisel tahkeks hapnikuks.
- Latentne kuumus põhjustab orkaanide intensiivistumist. Õhk soojeneb, kui see ületab sooja vee ja võtab veeauru. Kuna aur kondenseerub, moodustades pilvi, eraldub atmosfääri latentne kuumus. See lisanduv kuumus soojendab õhku, tekitades ebastabiilsust ja aidates pilvedel tõusta ja tormil tugevneda.
- Tundlik kuumus eraldub siis, kui muld neelab päikesevalgusest energiat ja muutub soojemaks.
- Higi kaudu jahutamist mõjutab latentne ja mõistlik kuumus. Kui on imelihtne, on aurustumisega jahutamine väga efektiivne. Kuumus hajub kehast vee aurustumise kõrge latentse kuumuse tõttu. Päikeselises kohas on aga palju raskem jahtuda kui varjulises, sest neeldunud päikesevalguse mõistlik kuumus konkureerib aurustumisega.
Allikad
- Bryan, G.H. (1907). Termodünaamika. Sissejuhatav käsitlus, mis käsitleb peamiselt esimesi põhimõtteid ja nende otseseid rakendusi. B.G. Teubner, Leipzig.
- Clark, John, O.E. (2004). Teaduse oluline sõnaraamat. Barnesi ja aadliraamatud. ISBN 0-7607-4616-8.
- Maxwell, J. C. (1872). Kuumuse teooria, kolmas väljaanne. Longmans, Green ja Co., London, lk 73.
- Perrot, Pierre (1998). Termodünaamika punktidest A kuni Z. Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.