Specifieke latente warmte (L) wordt gedefinieerd als het bedrag van thermische energie (warmte, Q) die wordt opgenomen of vrijgegeven wanneer een lichaam een proces met constante temperatuur ondergaat. De vergelijking voor specifieke latente warmte is:
L = Q / m
waar:
- L is de specifieke latente warmte
- Q is de warmte geabsorbeerd of vrijgegeven
- m is de massa van een stof
De meest voorkomende soorten processen met constante temperatuur zijn fase veranderingen, zoals smelten, bevriezen, verdamping of condensatie. De energie wordt als "latent" beschouwd omdat ze in wezen in de moleculen verborgen is totdat de faseverandering plaatsvindt. Het is "specifiek" omdat het wordt uitgedrukt in termen van energie per massa-eenheid. De meest voorkomende eenheden van specifieke latente warmte zijn joules per gram (J / g) en kilojoule per kilogram (kJ / kg).
Specifieke latente warmte is een intensief eigendom van materie. De waarde ervan is niet afhankelijk van de steekproefomvang of waar in een stof het monster wordt genomen.
Geschiedenis
De Britse chemicus Joseph Black introduceerde het concept van latente warmte ergens tussen 1750 en 1762. Schotse whiskymakers hadden Black ingehuurd om het beste mengsel van brandstof en water te bepalen distillatie en om veranderingen in volume en druk bij een constante temperatuur te bestuderen. Zwart aangebracht calorimetrie voor zijn studie en opgenomen latente warmtewaarden.
De Engelse natuurkundige James Prescott Joule beschreef latente warmte als een vorm van potentiële energie. Joule geloofde dat de energie afhing van de specifieke configuratie van deeltjes in een stof. In feite is het de oriëntatie van atomen binnen een molecuul, hun chemische binding en hun polariteit die latente warmte beïnvloeden.
Soorten latente warmteoverdracht
Latente warmte en voelbare warmte zijn twee soorten warmteoverdracht tussen een object en zijn omgeving. Tabellen zijn samengesteld voor de latente smeltwarmte en latente verdampingswarmte. Voelbare warmte hangt op zijn beurt af van de samenstelling van een lichaam.
- Latente warmte van fusie: Latent hitte van fusie is de warmte die wordt geabsorbeerd of afgegeven wanneer materie smelt, waarbij de fase verandert van vaste naar vloeibare vorm bij een constante temperatuur.
- Latente warmte van verdamping: De latente verdampingswarmte is de warmte die wordt geabsorbeerd of afgegeven wanneer materie verdampt, waarbij de fase verandert van vloeibare naar gasfase bij een constante temperatuur.
- Voelbare warmte: Hoewel voelbare warmte vaak latente warmte wordt genoemd, is het geen situatie met constante temperatuur, noch is er sprake van een faseverandering. Gevoelige warmte reflecteert de warmteoverdracht tussen materie en zijn omgeving. Het is de warmte die kan worden 'waargenomen' als een verandering in de temperatuur van een object.
Tabel met specifieke latente warmtewaarden
Dit is een tabel met specifieke latente warmte (SLH) van fusie en verdamping voor veelvoorkomende materialen. Let op de extreem hoge waarden voor ammoniak en water vergeleken met die van niet-polaire moleculen.
| Materiaal | Smeltpunt (° C) | Kookpunt (° C) | SLH van Fusion kJ / kg |
SLH van verdamping kJ / kg |
| Ammoniak | −77.74 | −33.34 | 332.17 | 1369 |
| Kooldioxide | −78 | −57 | 184 | 574 |
| Ethylalcohol | −114 | 78.3 | 108 | 855 |
| Waterstof | −259 | −253 | 58 | 455 |
| Lood | 327.5 | 1750 | 23.0 | 871 |
| Stikstof | −210 | −196 | 25.7 | 200 |
| Zuurstof | −219 | −183 | 13.9 | 213 |
| Koelmiddel R134A | −101 | −26.6 | — | 215.9 |
| Tolueen | −93 | 110.6 | 72.1 | 351 |
| Water | 0 | 100 | 334 | 2264.705 |
Voelbare warmte en meteorologie
Terwijl latente smelt- en verdampingswarmte wordt gebruikt in de fysica en chemie, beschouwen meteorologen ook verstandige warmte. Wanneer latente warmte wordt geabsorbeerd of afgegeven, veroorzaakt het instabiliteit in de atmosfeer, met mogelijk ernstig weer tot gevolg. De verandering in latente warmte verandert de temperatuur van objecten wanneer ze in contact komen met warmere of koelere lucht. Zowel latente als voelbare warmte zorgt ervoor dat lucht beweegt, waardoor wind en verticale beweging van luchtmassa's worden geproduceerd.
Voorbeelden van latente en voelbare warmte
Het dagelijks leven is gevuld met voorbeelden van latente en zintuiglijke hitte:
- Kokend water op een kachel vindt plaats wanneer thermische energie van het verwarmingselement wordt overgebracht naar de pot en op zijn beurt naar het water. Als er voldoende energie wordt geleverd, zet vloeibaar water uit tot waterdamp en kookt het water. Bij het koken van water komt er enorm veel energie vrij. Omdat water zo'n hoge verdampingswarmte heeft, is het gemakkelijk om verbrand te worden door stoom.
- Evenzo moet aanzienlijke energie worden geabsorbeerd om vloeibaar water in een vriezer in ijs om te zetten. De vriezer verwijdert thermische energie, waardoor de faseovergang kan plaatsvinden. Water heeft een hoge latente smeltwarmte, dus het veranderen van water in ijs vereist de verwijdering van meer energie dan het invriezen van vloeibare zuurstof in vaste zuurstof, per gram.
- Latente hitte zorgt ervoor dat orkanen intenser worden. Lucht warmt op terwijl het warm water doorkruist en waterdamp opneemt. Terwijl de damp condenseert om wolken te vormen, komt latente warmte vrij in de atmosfeer. Deze extra warmte verwarmt de lucht, veroorzaakt instabiliteit en helpt wolken op te stijgen en de storm te intensiveren.
- Voelbare warmte komt vrij wanneer de grond energie uit zonlicht opneemt en warmer wordt.
- Koeling via transpiratie wordt beïnvloed door latente en voelbare warmte. Als er een briesje is, is verdampingskoeling zeer effectief. Door de hoge latente verdampingswarmte van water wordt warmte van het lichaam afgevoerd. Het is echter veel moeilijker om af te koelen op een zonnige locatie dan in een schaduwrijke omgeving, omdat voelbare warmte van geabsorbeerd zonlicht concurreert met het effect van verdamping.
Bronnen
- Bryan, G.H. (1907). Thermodynamica. Een inleidende verhandeling die voornamelijk gaat over de eerste principes en hun directe toepassingen. B.G. Teubner, Leipzig.
- Clark, John, O.E. (2004). The Essential Dictionary of Science. Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8.
- Maxwell, J.C. (1872). Theorie van warmte, derde editie. Longmans, Green, and Co., Londen, pagina 73.
- Perrot, Pierre (1998). A tot Z van thermodynamica. Oxford Universiteit krant. ISBN 0-19-856552-6.