Latentti lämpöfysiikka

Piilevä lämpö, aineen absorboima tai vapauttama aineen fysikaalisen tilan (vaiheen) muutoksen aikana, joka tapahtuu muuttamatta sen lämpötilaa. Kiinteän aineen sulamiseen tai nesteen jäätymiseen liittyvää piilevää lämpöä kutsutaan sulamislämpöksi; sitä, joka liittyy nesteen tai kiinteän aineen höyrystämiseen tai höyryn lauhduttamiseen, kutsutaan höyrystymislämpöksi. Piilevä lämpö ilmaistaan ​​normaalisti lämmön määränä (jouleina tai kaloreina yksikköinä) moolia kohti tai tilavuusmuutoksen kohteena olevan aineen massaa kohti.

Esimerkiksi kun vesikannun pidetään kiehuvan, lämpötila pysyy 100 ° C: ssa (212 ° F), kunnes viimeinen tippa haihtuu, koska kaikki nesteeseen lisättävä lämpö imeytyy latenttina höyrystymislämmönä ja kuljettaa sen pakenevat höyrymolekyylit. Samoin kun jään sulaa, se pysyy 0 ° C: ssa (32 ° F), ja nestemäinen vesi, joka muodostuu piilevän sulamislämmön avulla, on myös 0 ° C. Veden sulamislämpö 0 ° C: ssa on noin 334 joulea (79,7 kaloria) grammaa kohti, ja höyrystymislämpö 100 ° C: ssa on noin 2230 joulea (533 kaloria) grammaa kohti. Koska höyrystymislämpö on niin suuri, höyry kuljettaa paljon lämpöenergiaa, joka vapautuu kondensoituessaan, mikä tekee vedestä erinomaisen käyttönesteen lämpömoottoreille.

Piilevä lämpö syntyy työstä, joka tarvitaan materiaalin atomien tai molekyylien yhdessä pitävien voimien voittamiseksi. Kiteisen kiinteän aineen säännöllistä rakennetta ylläpitävät vetovoimat sen yksittäisten atomien joukossa, jotka värähtelevät hiukan keskimääräisten asemiensa suhteen kidehilassa. Lämpötilan noustessa nämä liikkeet muuttuvat yhä voimakkaammiksi, kunnes sulamispisteessä houkuttelevat voimat eivät enää ole riittäviä kidehilan stabiilisuuden ylläpitämiseen. Lisälämpöä (piilevää sulamislämpöä) on kuitenkin lisättävä (vakiolämpötilassa) siirtymisen saavuttamiseksi vielä häiriintyneemmässä nestetilassa, jossa yksittäisiä hiukkasia ei enää pidetä kiinteissä hila-asemissa, mutta ne ovat vapaita liikkua nesteen läpi. Neste eroaa kaasusta siinä, että hiukkasten väliset vetovoimat ovat edelleen riittävät ylläpitämään pitkän kantaman järjestystä, joka antaa nesteelle tietyllä koheesioasteella. Kun lämpötila nousee edelleen, saavutetaan toinen siirtymäpiste (kiehumispiste), jossa pitkän kantaman järjestys tulee epävakaa suhteessa hiukkasten pitkälti itsenäisiin liikkeisiin paljon suuremmassa tilavuudessa, jonka höyry tai kaasu vievät. Jälleen kerran on lisättävä lisälämpöä (piilevä höyrystymislämpö) nesteen pitkän kantaman järjestyksen rikkomiseksi ja siirtymisen suorittamiseksi suurelta osin häiriintyneestä kaasumaisesta tilasta.

Piilevä lämpö liittyy muihin prosesseihin kuin muutoksiin yhden aineen kiinteiden, nestemäisten ja höyryfaasien välillä. Monet kiintoaineet esiintyvät erilaisissa kiteisissä modifikaatioissa, ja siirtymisiin näiden välillä liittyy yleensä latentin lämmön imeytymistä tai kehittymistä. Yhden aineen liuottamisprosessi toiseen liittyy usein lämpöä; jos ratkaisuprosessi on tiukasti fyysinen muutos, lämpö on piilevä lämpö. Joskus prosessiin liittyy kuitenkin kemiallinen muutos, ja osa lämmöstä liittyy siihen, joka liittyy kemialliseen reaktioon. Katso myös sulaminen.