Ciepło jest ważnym składnikiem przemian fazowych. Ciepło utajone jest znane jako ciepło wymagane do przekształcenia ciała stałego w fazę ciekłą lub parową. W zależności od fazy, ma ono różne nazwy, takie jak ciepło kondensacji, ciepło parowania, itp. Czasami jest to ilość energii cieplnej pochłoniętej lub uwolnionej podczas przemiany fazowej. W tym temacie zajmiemy się pojęciem ciepła utajonego i wzorem na ciepło utajone z przykładami. Poznajmy tę koncepcję!
Źródło:en.wikipedia.org
Formuła ciepła utajonego
Koncepcja przemiany fazowej:
Przygotowanie wody nie jest tak proste jak włączenie kuchenki. Gdy ogrzewamy wodę, jej temperatura wzrasta aż do osiągnięcia 100 stopni Celsjusza. Woda pozostanie w tej temperaturze, dopóki cała woda nie zmieni się z cieczy w gaz.
Podczas tego procesu, nadal dodajemy energię cieplną do wody, ale nadal, temperatura nie wzrasta. Ta dodatkowa energia daje początek koncepcji ciepła utajonego.
Dla lepszego zrozumienia, najpierw przejrzyjmy koncepcję zmian fazowych. Zmiana fazowa odnosi się do zmiany materii z jednego stanu do drugiego. Najbardziej powszechne zmiany fazowe są widoczne w różnych stanach skupienia wody. Niektóre przykłady to zamrażanie ciekłej wody w celu utworzenia lodu lub gotowanie ciekłej wody w celu utworzenia gazu. Jak możemy powiedzieć, ciepło odgrywa główną rolę w zmianie materii z jednej fazy do innej.
Definicja ciepła utajonego:
Normalnie, kiedy dodajemy lub usuwamy energię cieplną z jakiegoś obiektu, temperatura obiektu zmienia się. Ale podczas zmian faz, temperatura obiektu pozostaje stała. Wynika to z faktu, że energia jest wymagana dla obiektu do zmiany faz.
W związku z tym, ciepło utajone jest energia cieplna na jednostkę masy wymagane do zmiany fazy, aby się zdarzyć. Jeśli rozważymy substancje na poziomie molekularnym, cząsteczki gazowe będą miały więcej drgań niż cząsteczki cieczy.
Tak więc, gdy dodajemy ciepła do cieczy, w rzeczywistości powodujemy drgania cząsteczek. Ciepło utajone będzie energia wymagana do zmiany ruchu molekularnego. Każda substancja ma unikalną wartość ciepła utajonego.
Wzór na ciepło utajone:
L = \( \frac{Q}{ M} \)
Gdzie,
Q = ilość ciepła
M = masa substancji
To równanie mówi, że ciepło Q, które musi być dodane lub usunięte, aby obiekt o masie m zmienił fazy. Indywidualne ciepło utajone oznaczamy przez L. Jednostką ciepła utajonego jest \(Jkg^{-1}.\)
Wartość ciepła utajonego jest zmienna. Zależy ona od charakteru zachodzącej przemiany fazowej:
- Ciepło utajone syntezy oznacza przemianę z cieczy w ciało stałe.
- Ciepło utajone parowania oznacza przemianę z cieczy w gaz.
- Ciepło utajone sublimacji oznacza przemianę z ciała stałego w gaz.
Rozwiązane przykłady
Q.1: Oblicz ciepło utajone substancji o masie 10 kg, jeżeli ilość ciepła przemiany fazowej wynosi 300 kcal.
Rozwiązanie:
Podane parametry to,
Q = 300 kcal
M = 10 kg
Formuła na ciepło utajone to:
L = \(\frac{Q}{ M}})
= \(\frac {300}{5}})
= \(60 KcalKg^{-.1}g \)
Więc ciepło utajone wyniesie 60 \(KcalKg{-1}})
.