9.2: Зміна держави

Last updated
Save as PDF

Page ID: 76538

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Згідно з моїм словником, слово «латентний» означає «теперішній чи існуючий і здатний до розвитку, але не проявляється».

У рідині в її точці замерзання присутній або існуючий деяке тепло, яке здатне розвиватися, але не проявляється. Тобто рідина таємно утримує деяке приховане тепло. Коли рідина замерзає, вона віддає це приховане тепло своєму оточенню. Тепло тепер проявляється.

Визначення: Прихована теплота замерзання кількості рідини в точці її замерзання - це тепло, що віддається навколишньому середовищу, коли вона замерзає. Його одиницею СІ є джоуль.

Так само ми визначаємо питому приховану теплоту та молярну приховану теплоту рідини в точці її замерзання як тепло, що віддається, коли одинична маса або молярна кількість, відповідно, замерзає. Одиницями СІ є J кг ⁻¹ та J кіломоль ⁻¹ відповідно.

Вражаюче велика кількість людей вживають слова «прихована теплота», коли вони означають «питома прихована теплота». Таким чином, коли ви читаєте або чуєте слова «приховане тепло», ви повинні бути насторожі, щоб вирішити, чи дійсно це мається на увазі, чи призначається «питома прихована теплота».

Прихована теплота плавлення твердого тіла при його температурі плавлення - це тепло, необхідне для його розплавлення. Це просто дорівнює теплоті, що віддається, коли рідина замерзає, так що, чисельно, приховані теплоти замерзання і плавлення (плавлення) однакові - хоча якось слово «прихований» здається менш придатним для заморожування, тому що ви подаєте тепло твердому тілу речовину, а не бачите прихованого тепла виділяється рідиною. Якщо ви віддаєте перевагу, ви можете посилатися на «приховане тепло» плавлення просто як «тепло плавлення» - або як «ентальпія синтезу».

Так само ми маємо приховану теплоту конденсації пари в точці його конденсації та приховану теплоту випаровування рідини при температурі кипіння. Вони рівні за величиною. Ми також можемо визначити питомі та молярні приховані теплоти конденсації та випаровування. Термін прихована теплота перетворення зробить, щоб охопити всі чотири процеси. Символ L (з відповідними індексами, якщо потрібно) може бути використаний для будь-якого з прихованих нагрівань перетворення.

Питома прихована теплота плавлення льоду при атмосферному тиску становить близько 3,36 × 105 Дж кг ⁻¹ або близько 80 кал г ⁻¹.

Питома прихована теплота пароутворення води при атмосферному тиску становить близько 2,27 × 106 Дж кг ⁻¹ або близько 540 кал г ⁻¹.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

70 г льоду при 0 ^о С змішують з 150 г води при 100 ^о С. Яка кінцева температура? (Я роблю це 43º С.)

Рішення

Ми будемо неохоче, на один раз, працювати в калоріях і грамах, і звичайно питома теплоємність води становить близько 1 калорії на грам на градус Цельсія. Тепло, необхідне для розтоплення 70 г льоду, а потім для підвищення його температури з 0 ^о С до t ^о С становить 70 × 80 + 70 т калорій. Це тепло подається гарячою водою, яка охолоджує від 100 ^о С до t ^о С, становить 150% (100 − т) калорій. Прирівнювання двох дає t = 43 ^o C.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Припустимо, ви застосовуєте 2,27 × 10 ⁶ Дж енергії до кілограма води, але замість того, щоб використовувати цю енергію для випаровування води, ви використовуєте її для підняття води з землі. Наскільки високо над землею ви могли б підняти його за допомогою цієї енергії? Це може вас здивувати - це, безумовно, мене здивувало! Якби ви використовували енергію, щоб не випаровувати воду, і не піднімати її над землею, а кидати її, як швидко, в милі на годину, ви могли б її кинути?

Для багатьох рідин існує дуже груба кореляція між молярною прихованою теплотою випаровування та температурою кипіння при атмосферному тиску, співвідношення L/T зазвичай знаходиться в діапазоні від 70 000 до 100 000 Дж кмоль ⁻¹ K ⁻¹.

Останній пункт, перш ніж продовжити. Як правило, це лише кристалічні тверді речовини (включаючи метали), які мають досить певну температуру плавлення. Аморфні речовини, такі як пластмаси та скло, зазвичай змінюються від твердих до рідких у досить великому діапазоні температур. Дійсно, не очевидно, коли перестати називати таку речовину твердим і почати називати його рідиною. Деякі письменники описують скло як «рідину», навіть коли воно має всі очевидні видимості твердого тіла. Дивіться також Розділ 6.4 для подальшого обговорення цього питання. Суміші, сплави і розчини теж не мають такої певної температури плавлення, як кристалічне тверде тіло, а сольовий розчин не має такої певної температури кипіння (при заданому тиску), як це робить чиста рідина. Таким чином, розчин солі у воді при тиску однієї атмосфери закипає при трохи вищій температурі, ніж 100 °С, коли частина води закипає, решта розчину трохи концентрована, і тому температура кипіння стає трохи вище, і так далі.