Hoofd wetenschap

Latente warmtefysica

Latente warmtefysica
Latente warmtefysica

Video: Latente warmte en merkbare warmte 2024, Mei

Video: Latente warmte en merkbare warmte 2024, Mei
Anonim

Latente warmte, energie die wordt geabsorbeerd of afgegeven door een stof tijdens een verandering in de fysieke toestand (fase) die optreedt zonder de temperatuur te veranderen. De latente warmte die gepaard gaat met het smelten van een vaste stof of het bevriezen van een vloeistof wordt de smeltwarmte genoemd; dat geassocieerd met het verdampen van een vloeistof of een vaste stof of het condenseren van een damp wordt de verdampingswarmte genoemd. De latente warmte wordt normaal gesproken uitgedrukt als de hoeveelheid warmte (in eenheden van joules of calorieën) per mol of eenheidsmassa van de stof die een verandering van toestand ondergaat.

Als een pot water bijvoorbeeld blijft koken, blijft de temperatuur op 100 ° C (212 ° F) totdat de laatste druppel verdampt, omdat alle warmte die aan de vloeistof wordt toegevoegd, wordt opgenomen als latente verdampingswarmte en wordt afgevoerd door de ontsnappende dampmoleculen. Evenzo, terwijl ijs smelt, blijft het op 0 ° C (32 ° F) en het vloeibare water dat wordt gevormd met de latente smeltwarmte is ook op 0 ° C. De smeltwarmte voor water bij 0 ° C is ongeveer 334 joules (79,7 calorieën) per gram, en de verdampingswarmte bij 100 ° C is ongeveer 2230 joules (533 calorieën) per gram. Omdat de verdampingswarmte zo groot is, bevat stoom veel thermische energie die vrijkomt bij condensatie, waardoor water een uitstekende werkvloeistof is voor warmtemotoren.

Latente warmte komt voort uit het werk dat nodig is om de krachten te overwinnen die atomen of moleculen in een materiaal bij elkaar houden. De regelmatige structuur van een kristallijne vaste stof wordt in stand gehouden door aantrekkingskrachten tussen de afzonderlijke atomen, die enigszins schommelen rond hun gemiddelde posities in het kristalrooster. Naarmate de temperatuur stijgt, worden deze bewegingen steeds heviger totdat de aantrekkingskracht op het smeltpunt niet langer voldoende is om de stabiliteit van het kristalrooster te behouden. Er moet echter extra warmte (de latente smeltwarmte) worden toegevoegd (bij constante temperatuur) om de overgang naar de nog meer verstoorde vloeibare toestand te bewerkstelligen, waarin de individuele deeltjes niet langer in vaste roosterposities worden gehouden, maar vrij zijn om door de vloeistof te bewegen. Een vloeistof verschilt van een gas doordat de aantrekkingskracht tussen de deeltjes nog steeds voldoende is om een ​​langeafstandsorde te handhaven die de vloeistof een zekere mate van cohesie geeft. Naarmate de temperatuur verder toeneemt, wordt een tweede overgangspunt (het kookpunt) bereikt waar de lange-afstandsorde onstabiel wordt ten opzichte van de grotendeels onafhankelijke bewegingen van de deeltjes in het veel grotere volume dat wordt ingenomen door een damp of gas. Nogmaals, er moet extra warmte (de latente verdampingswarmte) worden toegevoegd om de langeafstandsvolgorde van de vloeistof te doorbreken en de overgang naar de grotendeels verstoorde gasvormige toestand te bewerkstelligen.

Latente warmte wordt geassocieerd met andere processen dan veranderingen tussen de vaste, vloeibare en dampfasen van een enkele stof. Er bestaan ​​veel vaste stoffen in verschillende kristallijne modificaties, en de overgangen daartussen omvatten gewoonlijk absorptie of evolutie van latente warmte. Bij het oplossen van een stof in een andere is vaak warmte nodig; als het oplossingsproces een strikt fysieke verandering is, is de warmte een latente warmte. Soms gaat het proces echter gepaard met een chemische verandering, en een deel van de warmte is die welke met de chemische reactie gepaard gaat. Zie ook smelten.