無限の物理学
潜熱
潜熱は、物質の相変化に関連するエネルギーです。
学習目標
潜熱をエネルギーの一形態として記述する
キーテイクアウト
キーポイント
- エネルギーは、氷のブロック内の分子間の結合を破るためのエネルギーなど、物質の相を変化させるために必要である。
- 相変化の間、エネルギーはシステムから加算または減算されますが、温度は変化しません。
- 相変化の間、エネルギーはシステムから加算ま 温度は、相変化が完了したときにのみ変化します。
- 質量mのサンプルの相を変化させるために必要な熱Qは、\text{Q}=\text{mL}_{\text{f}}（融解または凍結）および\text{Q}=\text{mL}_{\text{v}}（蒸発または凝縮）で与えられ、LfおよびLvはそれぞれ融解潜熱および気化潜熱である。
重要な用語
- 潜熱：物質の単位を固体から液体に移行させるために必要なエネルギー; 同様に、物質の一つの単位が液体から固体に遷移するときに解放されたエネルギー。
- 気化潜熱：液体から蒸気に物質の一つの単位を遷移させるために必要なエネルギー;同等に、物質の一つの単位が蒸気から液体に遷移するときに解放
- 昇華：中間液相を通過しないような固相から蒸気状態に直接物質の遷移
潜熱
以前に、我々は熱伝達による温度変化を議論してきました。 氷が溶けて液体の水になった場合（すなわち、相変化中）、熱伝達から温度変化は起こらない。 例えば、太陽によって暖められた屋根の上で溶けるつららから滴る水を考えてみましょう。 逆に、水は低温の環境によって冷却された氷の皿の中で凍ります。
氷柱を溶かす：空気からの熱が氷に伝わり、溶けます。
エネルギーは、固体中の分子間の凝集結合が分子が同等の運動エネルギーで動き回ることができるように離れて破壊されなければならないので、固体を溶融するために必要とされる;したがって、温度の上昇はありません。 同様に、液体中の分子が引力を介して互いに相互作用するため、液体を蒸発させるためにエネルギーが必要である。 相変化が完了するまで温度変化はありません。 最初は0℃のレモネードのガラスの温度は、すべての氷が溶けるまで0℃のままです。 逆に、エネルギーは、通常、熱エネルギーの形で、凍結および凝縮の間に放出される。 仕事は分子が一緒に持って来られるとき凝集力によって行われます。 対応するエネルギーは、それらが一緒にとどまることを可能にするために放出されなければならない（消散される）。
相変化に関与するエネルギーは、結合または力対の数と強さの二つの主要な要因に依存します。
相変化に関与するエネルギーは、結合または力対の数 結合の数は、分子の数に比例し、したがって試料の質量に比例する。 力の強さは分子の種類によって異なります。 質量mの試料の相を変化させるために必要な熱Qは、
\text{Q}=\text{mL}_{\text{f}}（融解または凍結）
\text{Q}=\text{mL}_{\text{v}}（蒸発または凝縮）
ここで、融解潜熱Lfおよび気化潜熱Lvは、実験的に決定される材料定数である。
相転移：（a）エネルギーは、液体を形成するために固体中の分子間の引力を部分的に克服するために必要とされる。 その同じエネルギーは起こるために凍結のために取除かれなければならない。 （b）分子は、液体から蒸気に移動するときに大きな距離によって分離され、分子の引力を克服するために重要なエネルギーを必要とする。 凝縮が起こるためには、同じエネルギーを除去する必要があります。 相変化が完了するまで温度変化はありません。
潜熱は、J/kgの単位で測定される集中的な特性です。 LfとLvの両方は、物質、特に先に述べたようにその分子力の強さに依存する。 LfおよびLvは総称して潜熱係数と呼ばれます。 相変化では、エネルギーがシステム内の温度変化を引き起こさずにシステムに出入りするため、それらは潜在的または隠されています。 溶融および気化はエネルギーを吸収または必要とする吸熱プロセスであり、凍結および凝縮はエネルギーを放出する際の発熱プロセスであることに注
氷を加熱する：Andrew Vanden Heuvelはソーダを冷却しようとしている間に潜熱を探る。
かなりの量のエネルギーが相変化に関与しています。 温度の変化と水の値（334kJ/kg）の式を使用すると、Q=mLf=（1.0kg）（334kj/kg）=334kjは氷のキログラムを溶かすためのエネルギーであることがわかります。 これは0º cからの79.8º cに液体水の1つのkgの温度を上げるのに必要とされる同じ量のエネルギーを表すので多くのエネルギーである。 水を蒸発させるためにはさらに多くのエネルギーが必要です; 通常の沸点（大気圧で100º C）で1kgの液体水を蒸気（水蒸気）に変えるには2256kJが必要です。 この例では、相変化のエネルギーは、相変化のない温度変化に関連するエネルギーと比較して巨大であることを示しています。
相変化は巨大な安定化効果を持つことができます（下の図を参照）。 最初は-20℃の氷のサンプルに一定の速度で熱を加えることを検討してください。 最初は氷の温度が直線的に上昇し、0℃に達するまで0.50cal/g℃の一定速度で熱を吸収する。 この温度になると、氷はすべてのサンプル全体が溶け始めるまで溶け始め、合計79.8cal/gの熱を吸収します。 この相変化の間、温度は0º Cで一定のままです。 すべての氷が溶けたら、液体の水の温度が上昇し、1.00cal/g≤Cの新しい一定速度で熱を吸収します（特定の熱は相に依存することを忘れないでください）。 100º Cで、水は沸騰し始め、この相変化を完了するために水が539cal/gの熱を吸収するまで温度は再び一定のままです。 すべての液体が蒸気になると、温度が再び上昇し、0.482cal/g≤Cの速度で熱を吸収します。
水の加熱と相変化：温度対エネルギーのグラフ。 このシステムは、氷が温めて液体の水になる間に蒸気が蒸発しないように構成されており、気化が起こると蒸気がシステムの中に残るように構成さ 0º cおよび100º Cの一定した温度の価値の長い伸張は溶けることおよび蒸発の大きい潜熱を、それぞれ反映する。
これまで言及してきた相変化は、昇華であり、固体の蒸気への直接の移行である。 蒸気が固体に直接遷移する反対の場合は、堆積と呼ばれます。 昇華に自身の潜熱Lsがあり、Lvand Lfと同じように使用することができる。
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