حرارة كامنة محددة (لام) كمبلغ طاقة حرارية (الحرارة، س) التي يتم امتصاصها أو تحريرها عندما يخضع الجسم لعملية درجة حرارة ثابتة. معادلة الحرارة الكامنة المحددة هي:
لام = س / م
أين:
- لام هي الحرارة الكامنة المحددة
- س هو امتصاص الحرارة أو إطلاقها
- م هل كتلة من مادة
الأنواع الأكثر شيوعًا لعمليات درجة حرارة ثابتة هي تغييرات المرحلةمثل الذوبان أو التجميد أو التبخير أو التكثيف. تعتبر الطاقة "كامنة" لأنها مخفية بشكل أساسي داخل الجزيئات حتى يحدث تغير الطور. إنه "محدد" لأنه يتم التعبير عنه من حيث الطاقة لكل وحدة كتلة. الوحدات الأكثر شيوعًا للحرارة الكامنة هي الجول لكل جرام (J / g) والكيلوجول لكل كيلوغرام (كيلوجول / كجم).
الحرارة الكامنة المحددة الملكية المكثفة للمادة. ولا تعتمد قيمته على حجم العينة أو مكان أخذ العينة داخل مادة ما.
التاريخ
قدم الكيميائي البريطاني جوزيف بلاك مفهوم الحرارة الكامنة في مكان ما بين عامي 1750 و 1762. استأجر صانعو ويسكي سكوتش الأسود لتحديد أفضل مزيج من الوقود والمياه التقطير ودراسة التغيرات في الحجم والضغط عند درجة حرارة ثابتة. تم تطبيق الأسود قياس السعرات الحرارية لدراسته وتسجيل قيم الحرارة الكامنة.
وصف الفيزيائي الإنجليزي جيمس بريسكوت جول الحرارة الكامنة بأنها شكل من أشكال الطاقة الكامنة. يعتقد جول أن الطاقة تعتمد على التكوين المحدد للجسيمات في المادة. في الواقع ، إن اتجاه الذرات داخل الجزيء ، وترابطها الكيميائي ، وقطبيتها هي التي تؤثر على الحرارة الكامنة.
أنواع انتقال الحرارة الكامنة
الحرارة الكامنة والحرارة المعقولة نوعان من نقل الحرارة بين الجسم وبيئته. يتم تجميع الجداول للحرارة الكامنة للانصهار والحرارة الكامنة للتبخر. بدورها ، تعتمد الحرارة المعقولة على تكوين الجسم.
- الحرارة الكامنة للانصهار: كامن حرارة الانصهار هي الحرارة التي يتم امتصاصها أو إطلاقها عند ذوبان المادة ، وتغيير المرحلة من شكل صلب إلى سائل عند درجة حرارة ثابتة.
- الحرارة الكامنة لتبخير: الحرارة الكامنة للتبخر هي الحرارة التي يتم امتصاصها أو إطلاقها عندما تتبخر المادة ، وتتحول الطور من السائل إلى الطور الغازي عند درجة حرارة ثابتة.
- حرارة معقولة: على الرغم من أن الحرارة المعقولة غالبًا ما تسمى بالحرارة الكامنة ، إلا أنها ليست حالة درجة حرارة ثابتة ، ولا يتعلق الأمر بتغيير الطور. تعكس الحرارة المعقولة انتقال الحرارة بين المادة ومحيطها. إنها الحرارة التي يمكن "الإحساس بها" كتغيير في درجة حرارة الجسم.
جدول قيم الحرارة الكامنة المحددة
هذا جدول للحرارة الكامنة المحددة (SLH) للانصهار والتبخير للمواد الشائعة. لاحظ القيم العالية للغاية للأمونيا والماء مقارنة بقيم الجزيئات غير القطبية.
| مواد | نقطة الانصهار (درجة مئوية) | درجة الغليان (درجة مئوية) | SLH الانصهار كيلوجول / كجم |
SLH للتبخير كيلوجول / كجم |
| الأمونيا | −77.74 | −33.34 | 332.17 | 1369 |
| نشبع | −78 | −57 | 184 | 574 |
| الكحول الإيثيلي | −114 | 78.3 | 108 | 855 |
| هيدروجين | −259 | −253 | 58 | 455 |
| قيادة | 327.5 | 1750 | 23.0 | 871 |
| نتروجين | −210 | −196 | 25.7 | 200 |
| الأكسجين | −219 | −183 | 13.9 | 213 |
| المبرد R134A | −101 | −26.6 | — | 215.9 |
| تولوين | −93 | 110.6 | 72.1 | 351 |
| ماء | 0 | 100 | 334 | 2264.705 |
الحرارة والأرصاد الجوية المعقولة
في حين يتم استخدام الحرارة الكامنة للانصهار والتبخير في الفيزياء والكيمياء ، فإن خبراء الأرصاد الجوية ينظرون أيضًا إلى الحرارة المعقولة. عندما يتم امتصاص الحرارة الكامنة أو إطلاقها ، فإنها تؤدي إلى عدم الاستقرار في الغلاف الجوي ، مما قد يؤدي إلى الطقس القاسي. يغير التغير في الحرارة الكامنة درجة حرارة الأشياء لأنها تتلامس مع الهواء الدافئ أو البارد. كل من الحرارة الكامنة والمعقولة تتسبب في حركة الهواء ، مما ينتج الرياح والحركة الرأسية لكتل الهواء.
أمثلة على الحرارة الكامنة والمعقولة
تمتلئ الحياة اليومية بأمثلة للحرارة الكامنة والمعقولة:
- يحدث غلي الماء على موقد عندما يتم نقل الطاقة الحرارية من عنصر التسخين إلى الوعاء وبدوره إلى الماء. عندما يتم توفير طاقة كافية ، يتمدد الماء السائل لتشكيل بخار الماء ويغلي الماء. يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة عندما يغلي الماء. نظرًا لأن الماء يحتوي على حرارة عالية من التبخر ، فمن السهل حرقه بالبخار.
- وبالمثل ، يجب امتصاص طاقة كبيرة لتحويل الماء السائل إلى جليد في المجمد. يزيل المجمد الطاقة الحرارية ، مما يسمح بحدوث المرحلة الانتقالية. يحتوي الماء على حرارة اندماج كامنة عالية ، لذا فإن تحويل الماء إلى جليد يتطلب إزالة طاقة أكثر من تجميد الأكسجين السائل إلى أكسجين صلب لكل وحدة جرام.
- تتسبب الحرارة الكامنة في زيادة حدة الأعاصير. يسخن الهواء لأنه يعبر الماء الدافئ ويلتقط بخار الماء. عندما يتكثف البخار لتشكيل السحب ، يتم إطلاق الحرارة الكامنة في الغلاف الجوي. تؤدي هذه الحرارة المضافة إلى تسخين الهواء ، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار ومساعدة السحب على الارتفاع والعواصف المكثفة.
- يتم إطلاق الحرارة المعقولة عندما تمتص التربة الطاقة من ضوء الشمس وتصبح أكثر دفئًا.
- يتأثر التبريد عن طريق العرق بالحرارة الكامنة والمعقولة. عندما يكون هناك نسيم ، يكون التبريد التبخيري فعالاً للغاية. يتم تبديد الحرارة بعيدًا عن الجسم بسبب الحرارة العالية الكامنة لتبخر الماء. ومع ذلك ، يكون التبريد في مكان مشمس أصعب بكثير من التبريد في مكان ظليل لأن الحرارة المعقولة الناتجة عن أشعة الشمس الممتصة تتنافس مع تأثير التبخر.
مصادر
- بريان ، غ. (1907). الديناميكا الحرارية. رسالة تمهيدية تتعامل بشكل أساسي مع المبادئ الأولى وتطبيقاتها المباشرة. ب. Teubner ، لايبزيغ.
- كلارك ، جون ، أو. (2004). القاموس الأساسي للعلوم. كتب بارنز أند نوبل. ردمك 0-7607-4616-8.
- ماكسويل ، جي سي (1872). نظرية الحرارة، الطبعة الثالثة. لونجمانز ، جرين وشركاه ، لندن ، صفحة 73.
- بيرو ، بيير (1998). من الألف إلى الياء للديناميكا الحرارية. مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 0-19-856552-6.