Скрытая теплота

Термодинамика
Классический тепловой двигатель Карно
ветви Классический Статистический Химическая Квантовая термодинамика Равновесие  / Неравновесие
Законы Zeroth Первый Второй В третьих
Системы Закрытая система Изолированная система Состояние Уравнение состояния Идеальный газ Настоящий газ Состояние вопроса Равновесие Контрольный объем Инструменты Процессы Изобарический Изохорический Изотермический Адиабатический Изэнтропический Изентальпический Квазистатический Политропный Бесплатное расширение Обратимость Необратимость Необратимость Циклы Тепловые двигатели Тепловые насосы Тепловая эффективность
Свойства системы Примечание: Сопряженные переменные в курсивом Диаграммы свойств Интенсивные и обширные свойства Функции процесса Работа Высокая температура Функции государства Температура  / энтропия  ( введение ) Давление  / Объем Химический потенциал  / число частиц Качество пара Сниженные свойства
Свойства материала Базы данных недвижимости Удельная теплоемкость  ${\ displaystyle c =}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Сжимаемость  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Тепловое расширение  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Уравнения Теорема Карно Теорема Клаузиуса Фундаментальное отношение Закон идеального газа Максвелл отношения Взаимные отношения Онзагера Уравнения Бриджмена Таблица термодинамических уравнений
Потенциал Свободная энергия Свободная энтропия Внутренняя энергия ${\displaystyle U(S,V)}$ Энтальпия ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Свободная энергия Гельмгольца ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Свободная энергия Гиббса ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
История Культура История Общий Энтропия Газовые законы Машины "вечный двигатель" Философия Энтропия и время Энтропия и жизнь Броуновская трещотка Демон Максвелла Парадокс тепловой смерти Парадокс лошмидта Синергетика Теории Теория калорийности Теория тепла Vis viva («живая сила») Механический эквивалент тепла Сила мотивации Ключевые публикации " Экспериментальное исследование ... тепла " « О равновесии гетерогенных веществ » « Размышления о движущей силе огня » Сроки Термодинамика Тепловые двигатели Изобразительное искусство Образование Термодинамическая поверхность Максвелла Энтропия как рассеивание энергии
Ученые Бернулли Больцман Карно Клапейрон Клаузиус Каратеодори Duhem Гиббс фон Гельмгольц Джоуль Максвелл фон Майер Онсагер Ренкин Смитон Шталь Томпсон Томсон ван дер Ваальс Waterston
Книга Категория
v т е

Скрытая теплота (также известная как скрытая энергия или теплота трансформации ) - это энергия, выделяемая или поглощаемая телом или термодинамической системой во время процесса с постоянной температурой - обычно это фазовый переход первого рода .

Скрытое тепло можно понимать как скрытую энергию, которая подается или извлекается для изменения состояния вещества без изменения его температуры. Примерами являются скрытая теплота плавления и скрытая теплота парообразования, участвующая в фазовых переходах , то есть вещество, конденсирующееся или испаряющееся при определенных температуре и давлении. ^{[1] [2]}

Термин был введен около 1762 года британским химиком Джозефом Блэком . Оно происходит от латинского latere ( скрывать ). Блэк использовал этот термин в контексте калориметрии, когда теплопередача вызывала изменение объема тела, в то время как его температура оставалась постоянной.

В отличие от скрытого тепла, явное тепло - это энергия, передаваемая в виде тепла , что приводит к изменению температуры тела.

Использование [ править ]

Термины «явное тепло» и «скрытое тепло» относятся к энергии, передаваемой между телом и его окружением, определяемой наличием или отсутствием изменения температуры; они зависят от свойств тела. «Явное тепло» ощущается или ощущается в процессе как изменение температуры тела. «Скрытое тепло» - это энергия, передаваемая в процессе без изменения температуры тела, например, при фазовом переходе (твердое тело / жидкость / газ).

Как явная, так и скрытая теплота наблюдается во многих процессах передачи энергии в природе. Скрытое тепло связано с изменением фазы атмосферной или океанской воды, испарением , конденсацией , замерзанием или таянием , тогда как явное тепло - это передаваемая энергия, которая проявляется в изменении температуры атмосферы, океана или льда без этих фазовых изменений. , хотя это связано с изменениями давления и объема.

Первоначальное использование этого термина, введенное Блэком, применялось к системам, которые намеренно поддерживались при постоянной температуре. Такое использование относится к скрытой теплоте расширения и нескольким другим связанным скрытым теплотам. Эти скрытые теплоты определяются независимо от концептуальной основы термодинамики. ^[3]

Когда тело нагревается до постоянной температуры с помощью теплового излучения в микроволновом поле, например, оно может расширяться на величину, описываемую его скрытой теплотой по отношению к объему или скрытой теплотой расширения , или увеличивать свое давление на величину, описываемую его скрытой теплотой. тепло по отношению к давлению . ^[4] Скрытое тепло - это энергия, выделяемая или поглощаемая телом или термодинамической системой во время процесса с постоянной температурой. Две распространенные формы скрытой теплоты - это скрытая теплота плавления ( плавление ) и скрытая теплота парообразования ( кипение).). Эти названия описывают направление потока энергии при переходе от одной фазы к другой: от твердой к жидкости и от жидкости к газу.

В обоих случаях изменение является эндотермическим , что означает, что система поглощает энергию. Например, когда вода испаряется, молекулам воды требуется энергия, чтобы преодолеть силы притяжения между ними, переход от воды к пару требует ввода энергии.

Если затем пар конденсируется в жидкость на поверхности, то скрытая энергия пара, поглощенная во время испарения, высвобождается в виде явного тепла жидкости на поверхность.

Большое значение энтальпии конденсации водяного пара является причиной того, что пар является гораздо более эффективным теплоносителем, чем кипящая вода, и более опасен.

Метеорология [ править ]

В метеорологии , латентный тепловой поток представляет собой поток энергии от поверхности Земли в атмосферу , которая связана с испарением или транспирацией воды на поверхность и последующей конденсацией части паров воды в тропосфере . Это важный компонент баланса энергии поверхности Земли. Скрытый тепловой поток обычно измеряли с помощью метода коэффициента Боуэна , а в последнее время, с середины 1900-х годов, методом вихревой ковариации .

История [ править ]

Английское слово latent происходит от латинского latēns , что означает лежать скрыто . ^{[5] [6]} Термин скрытая теплота был введен в калориметрию примерно в 1750 году, когда Джозеф Блэк по заказу производителей шотландского виски в поисках идеального количества топлива и воды для процесса дистилляции ^[7] изучил системные изменения, такие как объема и давления, когда термодинамическая система поддерживалась при постоянной температуре в термальной ванне. Джеймс Прескотт Джоуль охарактеризовал скрытую энергию как энергию взаимодействия в данной конфигурации частиц, то есть форму потенциальной энергии., и явное тепло как энергия, показанная термометром ^[8], связывая последний с тепловой энергией .

Удельная скрытая теплота [ править ]

Удельная скрытая теплота ( L ) выражает количество энергии в виде тепла ( Q ) , необходимого для полного осуществления изменения фазы на единицу массы ( м ), как правило , 1 кг , вещества , как интенсивное свойство :

${\displaystyle L={\frac {Q}{m}}.}$

Интенсивные свойства - это характеристики материала, которые не зависят от размера или объема образца. В литературе обычно цитируются и приводятся в таблицах удельная скрытая теплота плавления и удельная скрытая теплота испарения для многих веществ.

Исходя из этого определения, скрытая теплота для данной массы вещества рассчитывается по формуле

${\displaystyle Q={m}{L}}$

куда:

Q - количество энергии, высвободившейся или поглощенной во время изменения фазы вещества (в кДж или БТЕ ),

m - масса вещества (в кг или фунтах ), а

L - удельная скрытая теплота для конкретного вещества (кДж кг ^-1 или в БТЕ · фунт ^-1 ), либо L _f для плавления, либо L _v для испарения.

Таблица удельной скрытой теплоты [ править ]

В следующей таблице показаны удельная скрытая теплота и изменение температур фаз (при стандартном давлении) некоторых распространенных жидкостей и газов. ^{[ необходима цитата ]}

Удельная скрытая теплота конденсации воды в облаках [ править ]

Удельная скрытая теплота конденсации воды в диапазоне температур от −25 ° C до 40 ° C аппроксимируется следующей эмпирической кубической функцией:

${\displaystyle L_{\text{water}}(T)\approx \left(2500.8-2.36T+0.0016T^{2}-0.00006T^{3}\right)~{\text{J/g}},}$^[11]

где температура - это числовое значение в ° C.${\displaystyle T}$

Для сублимации и осаждения изо льда и в него удельная скрытая теплота почти постоянна в диапазоне температур от -40 ° C до 0 ° C и может быть аппроксимирована следующей эмпирической квадратичной функцией:

${\displaystyle L_{\text{ice}}(T)\approx \left(2834.1-0.29T-0.004T^{2}\right)~{\text{J/g}}.}$^[11]

Изменение температуры (или давления) [ править ]

Когда температура (или давление) повышается до критической точки , скрытая теплота парообразования падает до нуля.

См. Также [ править ]

• Коэффициент Боуэна
• Вихревой ковариационный поток (вихревая корреляция, вихревой поток)
• Сублимация (физика)
• Удельная теплоемкость
• Энтальпия плавления
• Энтальпия испарения

Ссылки [ править ]