Wissenschaft

Was ist latente Wärme? Definition und Beispiele

Spezifische latente Wärme ( L ) ist definiert als die Menge an Wärmeenergie (Wärme, Q ), die absorbiert oder freigesetzt wird, wenn ein Körper einem Prozess mit konstanter Temperatur unterzogen wird. Die Gleichung für spezifische latente Wärme lautet:

L= Q / m

wo:

  • L ist die spezifische latente Wärme
  • Q ist die aufgenommene oder abgegebene Wärme
  • m ist die Masse einer Substanz

Die häufigsten Arten von Prozessen mit konstanter Temperatur sind Phasenänderungen wie Schmelzen, Gefrieren, Verdampfen oder Kondensieren. Die Energie wird als „latent“ angesehen, da sie im Wesentlichen in den Molekülen verborgen ist, bis die Phasenänderung auftritt. Es ist „spezifisch“, weil es als Energie pro Masseneinheit ausgedrückt wird. Die häufigsten Einheiten der spezifischen latenten Wärme sind Joule pro Gramm (J / g) und Kilojoule pro Kilogramm (kJ / kg).

Spezifische latente Wärme ist eine intensive Eigenschaft der Materie. Sein Wert hängt nicht von der Probengröße oder dem Ort ab, an dem die Probe innerhalb eines Stoffes entnommen wird.

 

Geschichte

Der britische Chemiker Joseph Black führte das Konzept der latenten Wärme zwischen 1750 und 1762 ein. Die schottischen Whiskyhersteller hatten Black beauftragt, die beste Mischung aus Brennstoff und Wasser für die Destillation zu bestimmen und Änderungen von Volumen und Druck bei konstanter Temperatur zu untersuchen. Black wandte für seine Studie Kalorimetrie an und zeichnete latente Wärmewerte auf.

Der englische Physiker James Prescott Joule beschrieb latente Wärme als eine Form potentieller Energie. Joule glaubte, dass die Energie von der spezifischen Konfiguration der Partikel in einer Substanz abhängt. Tatsächlich sind es die Orientierung der Atome innerhalb eines Moleküls, ihre chemische Bindung und ihre Polarität, die die latente Wärme beeinflussen.

 

Arten der latenten Wärmeübertragung

Latente Wärme und fühlbare Wärme sind zwei Arten der Wärmeübertragung zwischen einem Objekt und seiner Umgebung. Für die latente Schmelzwärme und die latente Verdampfungswärme werden Tabellen zusammengestellt. Sensible Wärme hängt wiederum von der Zusammensetzung eines Körpers ab.

  • Latente Schmelzwärme. Latente Schmelzwärme ist die Wärme, die beim Schmelzen der Materie absorbiert oder abgegeben wird und bei konstanter Temperatur die Phase von fester zu flüssiger Form ändert.
  • Latente Verdampfungswärme : Die latente Verdampfungswärme ist die Wärme, die beim Verdampfen von Materie absorbiert oder freigesetzt wird und bei konstanter Temperatur die Phase von flüssiger zu gasförmiger Phase wechselt.
  • Sensible Wärme : Obwohl sensible Wärme oft als latente Wärme bezeichnet wird, handelt es sich weder um eine Situation mit konstanter Temperatur noch um einen Phasenwechsel. Sensible Wärme reflektiert die Wärmeübertragung zwischen Materie und ihrer Umgebung. Es ist die Wärme, die als Änderung der Temperatur eines Objekts „wahrgenommen“ werden kann.

 

Tabelle der spezifischen Latentwärmewerte

Dies ist eine Tabelle der spezifischen latenten Wärme (SLH) der Schmelze und Verdampfung für gängige Materialien. Beachten Sie die extrem hohen Werte für Ammoniak und Wasser im Vergleich zu unpolaren Molekülen.

 

Sensible Hitze und Meteorologie

Während latente Schmelz- und Verdampfungswärme in der Physik und Chemie genutzt wird, berücksichtigen Meteorologen auch sensible Wärme. Wenn latente Wärme absorbiert oder freigesetzt wird, führt dies zu Instabilität in der Atmosphäre und möglicherweise zu Unwettern. Die Änderung der latenten Wärme verändert die Temperatur von Objekten, wenn diese mit wärmerer oder kühlerer Luft in Kontakt kommen. Sowohl latente als auch fühlbare Wärme bewirken, dass sich Luft bewegt, was Wind und vertikale Bewegung der Luftmassen erzeugt.

 

Beispiele für latente und sensible Wärme

Das tägliche Leben ist voller Beispiele für latente und fühlbare Wärme:

    • Kochendes Wasser auf einem Herd tritt auf, wenn Wärmeenergie vom Heizelement in den Topf und wiederum in das Wasser übertragen wird. Wenn genügend Energie zugeführt wird, dehnt sich flüssiges Wasser zu Wasserdampf aus und das Wasser kocht. Beim Kochen von Wasser wird eine enorme Menge an Energie freigesetzt. Da Wasser eine so hohe Verdampfungswärme hat, kann es leicht durch Dampf verbrannt werden.
    • Ebenso muss beträchtliche Energie absorbiert werden, um flüssiges Wasser in einem Gefrierschrank in Eis umzuwandeln. Der Gefrierschrank entzieht Wärmeenergie und ermöglicht so den Phasenübergang. Wasser hat eine hohe latente Schmelzwärme, daher erfordert die Umwandlung von Wasser in Eis die Entfernung von mehr Energie als das Einfrieren von flüssigem Sauerstoff in festen Sauerstoff pro Grammeinheit.
    • Latente Hitze führt zu einer Verstärkung der Hurrikane. Luft erwärmt sich, wenn sie warmes Wasser durchquert und Wasserdampf aufnimmt. Während der Dampf zu Wolken kondensiert, wird latente Wärme an die Atmosphäre abgegeben. Diese zusätzliche Wärme erwärmt die Luft, erzeugt Instabilität und hilft den Wolken aufzusteigen und den Sturm zu verstärken.
    • Sensible Wärme wird freigesetzt, wenn der Boden Energie aus dem Sonnenlicht aufnimmt und wärmer wird.

 

  • Die Abkühlung durch Schweiß wird durch latente und fühlbare Wärme beeinflusst. Bei einer Brise ist die Verdunstungskühlung sehr effektiv. Die Wärme wird aufgrund der hohen latenten Verdampfungswärme des Wassers vom Körper abgeführt. Es ist jedoch viel schwieriger, sich an einem sonnigen Ort abzukühlen als an einem schattigen, da die fühlbare Wärme des absorbierten Sonnenlichts mit dem Effekt der Verdunstung konkurriert.

 

Quellen

  • Bryan, GH (1907). Thermodynamik. Eine einführende Abhandlung, die sich hauptsächlich mit ersten Prinzipien und ihren direkten Anwendungen befasst . BG Teubner, Leipzig.
  • Clark, John, OE (2004). Das wesentliche Wörterbuch der Wissenschaft . Barnes & Noble Books. ISBN 0-7607-4616-8.
  • Maxwell, JC (1872). Theorie der Hitze , dritte Auflage. Longmans, Green und Co., London, Seite 73.
  • Perrot, Pierre (1998). Von A bis Z der Thermodynamik . Oxford University Press. ISBN 0-19-856552-6.

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