Che cos'è il calore latente? Definizione ed esempi

Calore latente specifico (L) è definito come la quantità di energia termica (calore, Q) che viene assorbito o rilasciato quando un corpo subisce un processo a temperatura costante. L'equazione per il calore latente specifico è:

L = Q / m

dove:

• L è il calore latente specifico
• Q è il calore assorbito o rilasciato
• m è il massa di una sostanza

I tipi più comuni di processi a temperatura costante sono cambiamenti di fase, come fusione, congelamento, vaporizzazione o condensa. L'energia è considerata "latente" perché è essenzialmente nascosta all'interno delle molecole fino a quando non si verifica il cambiamento di fase. È "specifico" perché è espresso in termini di energia per unità di massa. Le unità più comuni di calore latente specifico sono joule per grammo (J / g) e chilojoule per chilogrammo (kJ / kg).

Il calore latente specifico è un proprietà intensiva della materia. Il suo valore non dipende dalla dimensione del campione o da dove all'interno di una sostanza viene prelevato il campione.

Il chimico britannico Joseph Black introdusse il concetto di calore latente da qualche parte tra il 1750 e il 1762. I produttori di whisky scozzese avevano assunto Black per determinare la migliore miscela di carburante e acqua distillazione e studiare le variazioni di volume e pressione a temperatura costante. Nero applicato calorimetria per il suo studio e ha registrato valori di calore latente.

Il fisico inglese James Prescott Joule ha descritto il calore latente come a forma di energia potenziale. Joule credeva che l'energia dipendesse dalla specifica configurazione delle particelle in una sostanza. In effetti, è l'orientamento degli atomi all'interno di una molecola, il loro legame chimico e la loro polarità che influenzano il calore latente.

Il calore latente e il calore sensibile sono due tipi di trasferimento di calore tra un oggetto e il suo ambiente. Le tabelle sono compilate per il calore latente di fusione e il calore latente di vaporizzazione. Il calore sensibile, a sua volta, dipende dalla composizione di un corpo.

• Calore latente di fusione: Latente calore di fusione è il calore assorbito o rilasciato quando la materia si scioglie, cambiando fase da solido a liquido a temperatura costante.
• Calore latente di vaporizzazione: Il calore latente della vaporizzazione è il calore assorbito o rilasciato quando la materia vaporizza, cambiando fase da fase liquida a fase gassosa a temperatura costante.
• Calore sensibile: Sebbene il calore sensibile sia spesso chiamato calore latente, non è una situazione a temperatura costante, né è coinvolto un cambiamento di fase. Il calore sensibile riflette il trasferimento di calore tra la materia e l'ambiente circostante. È il calore che può essere "percepito" come un cambiamento nella temperatura di un oggetto.

Questa è una tabella di calore latente specifico (SLH) di fusione e vaporizzazione per materiali comuni. Notare i valori estremamente elevati di ammoniaca e acqua rispetto a quelli delle molecole non polari.

Mentre il calore latente di fusione e vaporizzazione sono utilizzati in fisica e chimica, i meteorologi considerano anche il calore sensibile. Quando il calore latente viene assorbito o rilasciato, produce instabilità nell'atmosfera, potenzialmente producendo condizioni meteorologiche avverse. La variazione del calore latente altera la temperatura degli oggetti quando entrano in contatto con aria più calda o più fredda. Sia il calore latente che sensibile fanno muovere l'aria, producendo vento e movimento verticale delle masse d'aria.

La vita quotidiana è piena di esempi di calore latente e sensibile:

• L'acqua bollente su una stufa si verifica quando l'energia termica dall'elemento riscaldante viene trasferita nella pentola e, a sua volta, nell'acqua. Quando viene fornita abbastanza energia, l'acqua liquida si espande per formare vapore acqueo e l'acqua bolle. Una quantità enorme di energia viene rilasciata quando l'acqua bolle. Poiché l'acqua ha un così alto calore di vaporizzazione, è facile bruciarsi con il vapore.
• Allo stesso modo, una notevole energia deve essere assorbita per convertire l'acqua liquida in ghiaccio in un congelatore. Il congelatore rimuove l'energia termica, consentendo la transizione di fase. L'acqua ha un alto calore latente di fusione, quindi trasformare l'acqua in ghiaccio richiede la rimozione di più energia rispetto al congelamento dell'ossigeno liquido in ossigeno solido, per unità di grammo.
• Il calore latente fa sì che gli uragani si intensifichino. L'aria si riscalda mentre attraversa l'acqua calda e raccoglie il vapore acqueo. Mentre il vapore si condensa per formare nuvole, il calore latente viene rilasciato nell'atmosfera. Questo ulteriore calore riscalda l'aria, producendo instabilità e aiutando le nuvole a sollevarsi e la tempesta a intensificarsi.
• Il calore sensibile viene rilasciato quando il suolo assorbe energia dalla luce solare e diventa più caldo.
• Il raffreddamento attraverso il sudore è influenzato dal calore latente e sensibile. Quando c'è una brezza, il raffreddamento per evaporazione è molto efficace. Il calore viene dissipato lontano dal corpo a causa dell'elevato calore latente della vaporizzazione dell'acqua. Tuttavia, è molto più difficile raffreddarsi in un luogo soleggiato che in uno ombroso perché il calore sensibile della luce solare assorbita compete con l'effetto dell'evaporazione.

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