潜热的定义和例子

比潜热(L)定义为物体在恒温过程中吸收或释放的热能(热量,Q)。比潜热的方程式为:...

比潜热(L)定义为物体在恒温过程中吸收或释放的热能(热量,Q)。比潜热的方程式为:

boiling water in a pot L = Q / m

哪里:

  • L是比潜热
  • Q是吸收或释放的热量
  • m是物质的质量

最常见的恒温过程是相变,如熔化、冻结、蒸发或冷凝。能量被认为是“潜在的”,因为在相变发生之前,它基本上隐藏在分子内。它是“特定的”,因为它是以每单位质量的能量表示的。最常见的比潜热单位是焦耳每克(J/g)和千焦耳每千克(kJ/kg)。

比潜热是物质的一种密集性质。其值不取决于样品大小或样品在物质中的位置。

历史

英国化学家约瑟夫·布莱克(Joseph Black)在1750年到1762年之间的某个时候提出了潜热的概念。苏格兰威士忌制造商聘请布莱克确定蒸馏用燃料和水的最佳混合物,并研究恒温下体积和压力的变化。布莱克应用量热法进行研究,并记录潜热值。

英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳将潜热描述为势能的一种形式。焦耳认为能量取决于物质中粒子的特定构型。事实上,影响潜热的是分子中原子的方向、化学键和极性。

潜热传递类型

潜热和显热是物体与其环境之间的两种热传递。编制了聚变潜热和汽化潜热表。而感热又取决于物体的成分。

  • 熔化潜热:熔化潜热是物质熔化时吸收或释放的热量,在恒定温度下从固态转变为液态。
  • 汽化潜热:汽化潜热是物质汽化时吸收或释放的热量,在恒定温度下从液相转变为气相。
  • 显热:虽然显热通常被称为潜热,但它不是恒温状态,也不涉及相变。显热反映物质与其周围环境之间的热传递。正是这种热量可以被“感知”为物体温度的变化。

比潜热值表

这是一张普通材料的熔化和汽化比潜热(SLH)表。请注意,与非极性分子相比,氨和水的值非常高。

材料 熔点(℃) 沸点(℃) FusionkJ/kg的SLH 蒸发的SLH kJ/kg
−77.74 −33.34 332.17 1369
二氧化碳 −78 −57 184 574
乙醇 −114 78.3 108 855
−259 −253 58 455
领导 327.5 1750 23 871
−210 −196 25.7 200
氧气 −219 −183 13.9 213
制冷剂R134A −101 −26.6 215.9
甲苯 −93 110.6 72.1 351
0 100 334 2264.705

感热与气象学

虽然聚变潜热和汽化潜热用于物理和化学,气象学家也考虑到显热。当潜热被吸收或释放时,它会在大气中产生不稳定性,有可能造成恶劣天气。潜热的变化改变了物体与较热或较冷空气接触时的温度。潜热和感热都使空气移动,产生风和气团的垂直运动。

潜热和感热实例

日常生活中充满了潜热和感热的例子:

  • 当来自加热元件的热能转移到锅中,进而转移到水中时,炉子上就会出现沸水。当提供足够的能量时,液态水膨胀形成水蒸气,水沸腾。水沸腾时会释放出大量的能量。因为水有很高的汽化热,很容易被蒸汽燃烧。
  • 类似地,必须吸收相当大的能量才能在冰箱中将液态水转化为冰。冷冻柜除去热能,使相变发生。水具有很高的熔化潜热,因此每克水转化成冰所需的能量比将液态氧冷冻成固态氧所需的能量还要多。
  • 潜热导致飓风加剧。空气在穿过温水并吸收水蒸气时加热。当蒸汽凝结成云时,潜热被释放到大气中。这增加的热量使空气变暖,造成不稳定,有助于云层上升和风暴加剧。
  • 当土壤从阳光中吸收能量并变得更热时,会释放出显热。
  • 通过出汗冷却受潜热和显热的影响。有微风时,蒸发冷却非常有效。由于水蒸发的高潜热,热量从身体散失。然而,在阳光充足的地方要比在阴凉的地方冷却要困难得多,因为来自吸收阳光的显热与蒸发的影响相竞争。

来源

  • 布莱恩·G.H.(1907)。热力学。一篇介绍性论文,主要论述第一性原理及其直接应用。B.G.泰布纳,莱比锡。
  • 克拉克,约翰,O.E.(2004年)。科学基本词典。巴恩斯公司;高贵的书籍。ISBN 0-7607-4616-8。
  • 麦克斯韦,J.C.(1872)。热理论,第三版。伦敦格林朗曼公司,第73页。
  • Pierre Perrot(1998年)。热力学的A到Z。牛津大学出版社。ISBN 0-19-856552-6。

  • 发表于 2021-09-24 05:41
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  • 分类:物理

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