Vật lý nhiệt tiềm ẩn

Nhiệt ẩn, năng lượng được hấp thụ hoặc giải phóng bởi một chất trong quá trình thay đổi trạng thái vật lý (pha) xảy ra mà không thay đổi nhiệt độ. Nhiệt ẩn liên quan đến việc làm nóng chảy chất rắn hoặc đóng băng chất lỏng được gọi là nhiệt dung hợp; liên quan đến việc hóa hơi chất lỏng hoặc chất rắn hoặc ngưng tụ hơi được gọi là nhiệt hóa hơi. Nhiệt ẩn thường được biểu thị bằng lượng nhiệt (tính bằng đơn vị joules hoặc calo) trên mỗi mol hoặc đơn vị khối lượng của chất trải qua thay đổi trạng thái.

Ví dụ, khi một nồi nước được giữ sôi, nhiệt độ duy trì ở mức 100 ° C (212 ° F) cho đến khi giọt cuối cùng bay hơi, bởi vì tất cả nhiệt được thêm vào chất lỏng được hấp thụ dưới dạng nhiệt ẩn của hơi nước và được mang đi các phân tử hơi thoát ra. Tương tự, trong khi băng tan, nó vẫn ở 0 ° C (32 ° F), và nước lỏng được hình thành với nhiệt độ nóng chảy của nhiệt hạch cũng ở 0 ° C. Nhiệt dung của phản ứng tổng hợp nước ở 0 ° C là khoảng 334 joules (79,7 calo) mỗi gram và nhiệt hóa hơi ở 100 ° C là khoảng 2.230 joules (533 calo) mỗi gram. Do nhiệt hóa hơi quá lớn, hơi nước mang theo rất nhiều năng lượng nhiệt được giải phóng khi ngưng tụ, làm cho nước trở thành chất lỏng làm việc tuyệt vời cho động cơ nhiệt.

Nhiệt ẩn phát sinh từ công việc cần thiết để vượt qua các lực giữ các nguyên tử hoặc phân tử lại với nhau trong một vật liệu. Cấu trúc đều đặn của chất rắn kết tinh được duy trì nhờ lực hút giữa các nguyên tử riêng lẻ, chúng dao động nhẹ về vị trí trung bình của chúng trong mạng tinh thể. Khi nhiệt độ tăng, các chuyển động này ngày càng trở nên dữ dội cho đến khi tại điểm nóng chảy, các lực hấp dẫn không còn đủ để duy trì sự ổn định của mạng tinh thể. Tuy nhiên, phải thêm nhiệt (nhiệt ẩn của phản ứng tổng hợp) (ở nhiệt độ không đổi) để thực hiện quá trình chuyển sang trạng thái lỏng thậm chí rối loạn hơn, trong đó các hạt riêng lẻ không còn được giữ ở các vị trí mạng cố định mà là tự do để di chuyển qua chất lỏng. Một chất lỏng khác với chất khí ở chỗ lực hút giữa các hạt vẫn đủ để duy trì trật tự tầm xa làm cho chất lỏng có độ kết dính. Khi nhiệt độ tăng thêm, điểm chuyển tiếp thứ hai (điểm sôi) đạt được khi trật tự tầm xa trở nên không ổn định so với chuyển động độc lập chủ yếu của các hạt trong thể tích lớn hơn nhiều do hơi hoặc khí chiếm giữ. Một lần nữa, nhiệt bổ sung (nhiệt ẩn của hơi hóa) phải được thêm vào để phá vỡ trật tự tầm xa của chất lỏng và hoàn thành quá trình chuyển sang trạng thái khí bị rối loạn phần lớn.

Nhiệt ẩn có liên quan đến các quá trình khác hơn là thay đổi giữa các pha rắn, lỏng và hơi của một chất. Nhiều chất rắn tồn tại trong các biến đổi tinh thể khác nhau, và sự chuyển tiếp giữa chúng thường liên quan đến sự hấp thụ hoặc tiến hóa của nhiệt ẩn. Quá trình hòa tan một chất trong một chất khác thường liên quan đến nhiệt; nếu quá trình giải pháp là một sự thay đổi vật lý nghiêm ngặt, thì nhiệt là một nhiệt ẩn. Tuy nhiên, đôi khi, quá trình này đi kèm với một sự thay đổi hóa học và một phần của nhiệt là liên quan đến phản ứng hóa học. Xem cũng tan.