latente warmte

de latente warmte is de energie die wordt geassocieerd met een faseverandering van een stof.

latente warmte

eerder hebben we de temperatuurverandering als gevolg van warmteoverdracht besproken. Er treedt geen temperatuurverandering op door warmteoverdracht als ijs smelt en vloeibaar water wordt (d.w.z. tijdens een faseverandering). Het is bijvoorbeeld, beschouwen water druipend van de ijspegels smeltend op het dak verwarmd door de zon. Omgekeerd bevriest water in een ijsschaal die wordt gekoeld door een lagere temperatuur omgeving.

smeltende Ijspegel: warmte van de lucht wordt overgebracht naar het ijs waardoor het smelt.

energie is nodig om een vaste stof te smelten omdat de cohesieve bindingen tussen de moleculen in de vaste stof uit elkaar moeten worden gebroken zodat de moleculen zich bij vergelijkbare kinetische energieën kunnen bewegen; er is dus geen temperatuurstijging. Ook is energie nodig om een vloeistof te verdampen, omdat moleculen in een vloeistof via aantrekkelijke krachten met elkaar interageren. Er is geen temperatuurverandering totdat een faseverandering is voltooid. De temperatuur van een glas limonade in eerste instantie op 0 ºC blijft op 0 ºC totdat al het ijs is gesmolten. Omgekeerd komt energie vrij bij bevriezing en condensatie, meestal in de vorm van thermische energie. Het werk wordt gedaan door samenhangende krachten wanneer molecules worden samengebracht. De bijbehorende energie moet worden afgevoerd (afgevoerd) om ze samen te laten blijven.

de energie die betrokken is bij een faseverandering hangt af van twee belangrijke factoren: het aantal en de sterkte van bindingen of krachtparen. Het aantal bindingen is evenredig aan het aantal moleculen en dus aan de massa van de steekproef. De kracht van krachten hangt af van het type moleculen. De warmte Q die nodig is om de fase van een monster van massa m te veranderen wordt gegeven door

\text{Q}=\text{mL}_{\text{f}} (smelten of bevriezen)

\text{Q}=\text{mL}_{\text{v}} (verdampen of condenseren)

waarbij de latente warmte van fusie, Lf en latente warmte van verdamping, Lv, materiaalconstanten zijn die experimenteel worden bepaald.

faseovergangen: (A) Energie is nodig om de aantrekkelijke krachten tussen moleculen in een vaste stof gedeeltelijk te overwinnen om een vloeistof te vormen. Diezelfde energie moet verwijderd worden om te bevriezen. (b) moleculen worden gescheiden door grote afstanden wanneer het gaan van vloeistof naar damp, die aanzienlijke energie om moleculaire aantrekking te overwinnen. Dezelfde energie moet worden verwijderd om condensatie te laten plaatsvinden. Er is geen temperatuurverandering totdat een faseverandering is voltooid.

latente warmte is een intensieve eigenschap, gemeten in eenheden van J / kg. Zowel Lf als Lv zijn afhankelijk van de stof, in het bijzonder van de sterkte van de moleculaire krachten zoals eerder opgemerkt. Lf en Lv worden gezamenlijk latente warmtecoëfficiënten genoemd. Ze zijn latent, of verborgen, omdat in faseveranderingen, energie een systeem binnenkomt of verlaat zonder een temperatuurverandering in het systeem te veroorzaken; dus, in feite, is de energie verborgen. Merk op dat smelten en verdampen endotherme processen zijn in die zin dat ze energie absorberen of nodig hebben, terwijl bevriezing en condensatie exotherme processen zijn als ze energie vrijgeven.

significante hoeveelheden energie zijn betrokken bij faseveranderingen. Laten we bijvoorbeeld kijken hoeveel energie er nodig is om een kilogram ijs te smelten bij 0º C om een kilogram water te produceren bij 0°C. Met behulp van de vergelijking voor een verandering in temperatuur en de waarde voor water (334 kJ/kg), vinden we dat Q=mLf=(1,0 kg)(334kJ/kg)=334kJ de energie is om een kilogram ijs te smelten. Dit is veel energie omdat het dezelfde hoeveelheid energie vertegenwoordigt die nodig is om de temperatuur van 1 kg vloeibaar water van 0ºC naar 79,8 ºC te verhogen. Nog meer energie is nodig om water te verdampen; er zou 2256 kJ nodig zijn om 1 kg vloeibaar water bij het normale kookpunt (100ºC bij atmosferische druk) te veranderen in stoom (waterdamp). Dit voorbeeld laat zien dat de energie voor een faseverandering enorm is in vergelijking met energie geassocieerd met temperatuurveranderingen zonder faseverandering.

faseveranderingen kunnen een enorm stabiliserend effect hebben (zie figuur hieronder). Overweeg het toevoegen van warmte met een constante snelheid aan een monster ijs aanvankelijk bij -20 ºC. Aanvankelijk stijgt de temperatuur van het ijs lineair en absorbeert warmte met een constante snelheid van 0,50 cal / G⋅C tot het 0 ºC bereikt. Eenmaal op deze temperatuur, begint het ijs te smelten totdat het hele monster is gesmolten, het absorberen van een totaal van 79,8 cal / g warmte. Tijdens deze faseverandering blijft de temperatuur constant op 0 ºC. Zodra al het ijs is gesmolten, stijgt de temperatuur van het vloeibare water, absorberen warmte met een nieuwe constante snelheid van 1,00 cal/g C C (vergeet niet dat specifieke warmte afhankelijk zijn van fase). Bij 100ºC begint het water te koken en blijft de temperatuur weer constant totdat het water 539 cal/g warmte absorbeert om deze faseverandering te voltooien. Wanneer alle vloeistof stoom is geworden, stijgt de temperatuur weer, absorbeert warmte met een snelheid van 0,482 cal / g C. C.

verwarming en faseveranderingen van Water: een grafiek van temperatuur versus toegevoegde energie. Het systeem is zo geconstrueerd dat er geen damp verdampt terwijl ijs verwarmt om vloeibaar water te worden, en zodat, wanneer verdamping optreedt, de damp in het systeem blijft. De lange reeksen constante temperatuurwaarden bij 0ºC en 100ºC weerspiegelen de grote latente hitte van respectievelijk smelten en verdampen.

een faseverandering die we tot nu toe niet hebben vermeld is sublimatie, de overgang van vaste stof direct naar damp. Het tegenovergestelde geval, waar damp overgangen direct in een vaste stof, wordt depositie genoemd. Sublimatie heeft zijn eigen latente warmte Ls en kan op dezelfde manier worden gebruikt als Lvand Lf.