Articles

Grenseløs Fysikk

by admin

Latent Varme

den latente varmen er energien forbundet med en faseendring av et stoff.

Læringsmål

Beskriv latent varme som en form for energi

Viktige Takeaways

Nøkkelpunkter

  • Energi er nødvendig for å endre fase av et stoff, slik som energi til å bryte bindingene mellom molekyler i en isblokk, slik at det kan smelte.
  • under en faseendring energi min legges til eller trekkes fra et system, men temperaturen vil ikke endres. Temperaturen endres bare når faseendringen er fullført.
  • varmen Q som kreves for å endre fasen av en prøve av masse m er gitt ved \text{Q}=\text{mL}_{\text{f}} (smelting eller frysing) og \text{Q}=\text{mL}_{\text{v}} (fordampning eller kondensering), hvor Lf og Lv er den latente varmen av fusjon og den latente varmen av fordampning, henholdsvis.

Nøkkelbegreper

  • latent fusjonsvarme: energien som kreves for å overføre en enhet av et stoff fra fast til flytende; tilsvarende frigjøres energien når en enhet av et stoff overgår fra væske til fast stoff.latent fordampningsvarme: energien som kreves for å overføre en enhet av et stoff fra væske til damp; ekvivalent, energien frigjort når en enhet av et stoff overgår fra damp til væske.sublimering: overgangen av et stoff fra den faste fasen direkte til damptilstanden slik at den ikke passerer gjennom den mellomliggende væskefasen

Latent Varme

tidligere har vi diskutert temperaturendring på grunn av varmeoverføring. Ingen temperaturendring oppstår fra varmeoverføring hvis is smelter og blir flytende vann (dvs.under en faseendring). For eksempel, vurder vann som drikker fra ister som smelter på et tak som er oppvarmet Av Solen. Omvendt fryser vannet i en isbakke avkjølt av omgivelser med lavere temperatur.

Smeltende Istapp: Varme fra luften overføres til isen som får den til å smelte.Energi er nødvendig for å smelte et fast stoff fordi de kohesive bindingene mellom molekylene i det faste stoffet må brytes fra hverandre slik at molekylene kan bevege seg rundt ved sammenlignbare kinetiske energier; dermed er det ingen temperaturstigning. På samme måte er det nødvendig med energi for å fordampe en væske, fordi molekyler i en væske interagerer med hverandre via attraktive krefter. Det er ingen temperaturendring før en faseendring er fullført. Temperaturen på et glass limonade til å begynne med ved 0 º forblir ved 0 º til all isen har smeltet. Omvendt frigjøres energi under frysing og kondensering, vanligvis i form av termisk energi. Arbeid utføres av sammenhengende krefter når molekyler bringes sammen. Den tilsvarende energien må avgis (dissipated) for å tillate dem å holde seg sammen.energien involvert i en faseendring avhenger av to hovedfaktorer: antall og styrke av bindinger eller kraftpar. Antallet bindinger er proporsjonalt med antall molekyler og dermed til massen av prøven. Styrken av krefter avhenger av typen molekyler. Varmen Q som kreves for å endre fasen av en prøve av masse m er gitt ved

\text{Q}=\text{mL}_{\text{f}} (smelting eller frysing)

\text{Q}=\text{mL}_{\text{v}} (fordamping eller kondensering)

hvor latent varme av fusjon, Lf og latent varme av fordampning, Lv, Er materielle konstanter som bestemmes eksperimentelt.

Faseoverganger: (a) Energi er nødvendig for å delvis overvinne de attraktive kreftene mellom molekyler i et fast stoff for å danne en væske. Den samme energien må fjernes for frysing skal finne sted. (B) Molekyler separeres av store avstander når de går fra væske til damp, og krever betydelig energi for å overvinne molekylær tiltrekning. Den samme energien må fjernes for at kondens skal finne sted. Det er ingen temperaturendring før en faseendring er fullført.Latent varme Er en intensiv egenskap målt I enheter Av J / kg. Både Lf og Lv avhenger av stoffet, spesielt på styrken av dets molekylære krefter som nevnt tidligere. Lf og Lv kalles sammen latente varmekoeffisienter. De er latente eller skjulte, fordi i faseendringer går energi inn i eller forlater et system uten å forårsake temperaturendring i systemet; så i virkeligheten er energien skjult. Merk at smelting og fordampning er endoterme prosesser ved at de absorberer eller krever energi, mens frysing og kondensering er eksoterme prosesser når de frigjør energi.

Oppvarming Av Is: Andrew Vanden Heuvel utforsker latent varme mens han prøver å kjøle ned sin brus.

Betydelige mengder energi er involvert i faseendringer. La oss for eksempel se på hvor mye energi som trengs for å smelte et kilo is ved 0º C for å produsere et kilo vann ved 0°C. Ved å bruke ligningen for temperaturendring og verdien for vann (334 kJ/kg), finner Vi At Q=mLf=(1,0 kg)(334kJ/kg)=334kj er energien til å smelte et kilo is. Dette er mye energi da det representerer den samme mengden energi som trengs for å øke temperaturen på 1 kg flytende vann FRA 0º til 79.8 º. Enda mer energi er nødvendig for å fordampe vann; det ville ta 2256 kJ å bytte 1 kg flytende vann ved normalt kokepunkt (100º ved atmosfærisk trykk) til damp (vanndamp). Dette eksemplet viser at energien for en faseendring er enorm sammenlignet med energi knyttet til temperaturendringer uten faseendring.

Faseendringer kan ha en enorm stabiliserende effekt (se figur nedenfor). Vurder å legge til varme med konstant hastighet til et utvalg av is først ved -20 º. I utgangspunktet stiger temperaturen på isen lineært, absorberer varme med en konstant hastighet på 0.50 cal / g⋅C til den når 0 º. En gang ved denne temperaturen begynner isen å smelte til hele prøven har smeltet, og absorberer totalt 79,8 cal / g varme. Temperaturen forblir konstant ved 0 º under denne faseendringen. Når all isen har smeltet, stiger temperaturen på det flytende vannet og absorberer varmen med en ny konstant hastighet på 1,00 cal / g⋅C (husk at spesifikke varmer er avhengig av fase). VED 100º begynner vannet å koke og temperaturen forblir konstant til vannet absorberer 539 cal / g varme for å fullføre denne faseendringen. Når all væske er blitt damp, stiger temperaturen igjen, absorberer varme med en hastighet på 0,482 cal/g⋅c.

Oppvarming og Faseendringer Av Vann: en graf av temperatur versus energi tilsatt. Systemet er konstruert slik at ingen damp fordamper mens isen varmer å bli flytende vann, og slik at, når fordampning oppstår, damp forblir i systemet. De lange strekningene med konstante temperaturverdier VED 0 HRYVC og 100º reflekterer henholdsvis den store latente varmen av smelting og fordampning.

en faseendring vi hittil har forsømt å nevne er sublimering, overgangen av fast stoff direkte til damp. Det motsatte tilfellet, hvor dampoverganger direkte til et fast stoff, kalles avsetning. Sublimering har sin egen latente varme Ls og kan brukes på samme måte Som Lvand Lf.