Τι είναι η λανθάνουσα θερμότητα;
Ο όρος "λανθάνουσα" σημαίνει κρυφό ή αόρατο. Επομένως, η ενέργεια που απαιτείται για να αλλάξει η φάση μιας ουσίας χωρίς να αυξηθεί η θερμοκρασία της ονομάζεται λανθάνουσα θερμότητα.
Ενώ ζεσταίνετε ένα μπρίκι με νερό για τον πρωινό σας καφέ, έχετε αναρωτηθεί ποτέ τι συμβαίνει με τη θερμότητα που του παρέχεται; Έχετε σκεφτεί ποτέ τις φυσαλίδες που γίνονται ή τον ατμό που συσσωρεύεται αν τοποθετήσετε ένα καπάκι πάνω από μια κατσαρόλα με βραστό νερό; Αν όχι αυτά, τότε σίγουρα έχετε δει ένα παγάκι να λιώνει όταν το βγάλετε από την κατάψυξη. Ποιες όμως επιστημονικές αρχές κρύβονται πίσω από αυτά τα τακτικά φαινόμενα; Ας μάθουμε!
Ένα παγάκι λιώνει όταν το βγάλετε από την κατάψυξη (Προσφορά φωτογραφίας :r.classen/Shutterstock)
Η λανθάνουσα θερμότητα σχετίζεται με μια αλλαγή στη φάση μιας ουσίας. Με συγκεκριμένους όρους, μπορεί να οριστεί ως η ενέργεια που απελευθερώνεται ή απορροφάται από μια ουσία όταν η φάση αλλάζει μεταξύ στερεού, αερίου ή υγρού. Είναι επίσης η κρυμμένη ενέργεια που παρέχεται ή εξάγεται από μια ουσία χωρίς να αυξάνεται η θερμοκρασία ολόκληρου του συστήματος.
Τι είναι η λανθάνουσα θερμότητα;
Πριν βουτήξουμε στις λεπτομέρειες της λανθάνουσας θερμότητας, ας ρίξουμε πρώτα μια ματιά στην ίδια την ενέργεια. Κάθε ουσία - στερεή, υγρή ή αέρια - αποτελείται από δύο τύπους ενέργειας. Η μία είναι η κινητική ενέργεια, η οποία οφείλεται στην κίνηση των σωματιδίων, ενώ η άλλη είναι η δυναμική ενέργεια, η οποία αντιστοιχεί στη θέση αυτών των σωματιδίων στο σύστημα.
Ένα άλλο συναρπαστικό πράγμα για τις διάφορες ουσίες είναι ότι η δομή τους ποικίλλει ανάλογα με τη φάση τους.
Για παράδειγμα, ας εξετάσουμε το νερό. Στη στερεά του φάση, είναι γνωστός ως πάγος, ενώ σε αέρια μορφή, είναι γνωστός ως ατμός. Τα μόρια του νερού στον πάγο είναι πολύ κοντά μεταξύ τους, γεγονός που αντιστοιχεί στο καθορισμένο σχήμα του. Επιπλέον, επειδή τα μόρια στον πάγο συνδέονται μεταξύ τους με υψηλότερο βαθμό αντοχής, η κινητική ενέργεια είναι επίσης ελάχιστη. Από την άλλη πλευρά, τα μόρια του νερού απέχουν πολύ μεταξύ τους ως προς τη μορφή ατμών, επομένως η κινητική ενέργεια των μορίων στη φάση ατμού είναι στο μέγιστο.
Η διάταξη των ατόμων στις τρεις καταστάσεις της ύλης (Photo Credit :Akarat Phasura/Shutterstock)
Η θερμότητα που απαιτείται για να αλλάξει η φάση μιας ουσίας χωρίς να αυξηθεί η θερμοκρασία της ονομάζεται λανθάνουσα θερμότητα . Κυριολεκτικά, ο όρος λανθάνουσα σημαίνει κρυμμένος. Επομένως, αυτή η ενέργεια είναι κρυμμένη μέσα στα μόρια μέχρι να συμβεί αλλαγή φάσης. Αν έχετε προσέξει, στην περίπτωση του νερού, η θερμότητα είναι αρκετή για να προκαλέσει αλλαγή φάσης. Όταν ρίχνετε νερό σε ένα τηγάνι και ανάβετε τη σόμπα αερίου, το νερό δεν αρχίζει να βράζει αμέσως. Αντίθετα, αφού περάσουν μερικά λεπτά, θα παρατηρήσετε ότι αρχίζουν να σχηματίζονται φυσαλίδες και αν βάλετε ένα καπάκι στην κατσαρόλα, σύντομα θα καλυφθεί με ατμό.
Λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης
Σκεφτείτε δύο ποτήρια σόδα. Αν το ποτήρι Α έχει κρύα σόδα ενώ το ποτήρι Β έχει σόδα με παγάκια, ποιο θα παραμείνει παγωμένο για περισσότερο χρόνο; Προφανώς, το γυαλί Β. Εδώ παίζει ρόλο η λανθάνουσα θερμότητα της σύντηξης. Ορίζεται ως η θερμότητα που απαιτείται για τη μετατροπή του στερεού σε υγρό και αντίστροφα. Ένα σημαντικό σημείο που πρέπει να αναφέρουμε είναι ότι αυτή η αλλαγή πραγματοποιείται επίσης χωρίς αλλαγή της θερμοκρασίας.
Όταν κάποιος επιχειρεί να μετατρέψει ένα στερεό σε υγρό, πρέπει να παρέχεται θερμότητα στο σύστημα. Από την άλλη πλευρά, όταν το υγρό πρόκειται να μετατραπεί σε στερεό, η λανθάνουσα θερμότητα της σύντηξης εκπέμπεται.
Η λανθάνουσα θερμότητα σύντηξης στον πάγο είναι πολύ μεγαλύτερη από την ειδική θερμότητά του, γι' αυτό και διατηρεί ένα ρόφημα δροσερό για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Επιπλέον, η υψηλή τιμή της λανθάνουσας θερμότητας στον πάγο και το νερό είναι επίσης υπεύθυνη για την αργή τήξη του χιονιού!
Η θερμότητα λαμβάνεται όταν το στερεό μετατρέπεται σε υγρό και στη συνέχεια σε αέριο ενώ εκπέμπεται προς την αντίθετη κατεύθυνση (Φωτογραφία:Fouad A. Saad/Shutterstock)
Λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης
Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί η μαμά σας πάντα σας προειδοποιούσε να μην σκύβετε ποτέ πάνω από ένα τηγάνι με ζεστό βραστό νερό; Προφανώς, δεν ήθελε να καείς! Ωστόσο, τι σχέση έχει αυτό με τη λανθάνουσα θερμότητα; Είναι ενδιαφέρον ότι η λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη μετατροπή του υγρού σε ατμό και αντίστροφα.
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το νερό μπορεί να συγκρατήσει μια τεράστια ποσότητα λανθάνουσας θερμότητας. Λόγω της λανθάνουσας θερμότητας της εξάτμισης, τα εγκαύματα με ατμό θεωρούνται τόσο επικίνδυνα, σε σύγκριση με τα εγκαύματα που προκαλούνται από ζεστό νερό. Αυτό συμβαίνει γιατί όταν ο ατμός καίει το χέρι ενός ατόμου, αρχίζει να συμπυκνώνεται. Επομένως, χρησιμοποιεί ακόμη και περισσότερα ενέργεια για αυτή τη συμπύκνωση, την οποία το ζεστό νερό απλά δεν κάνει. Συμπερασματικά, τα εγκαύματα με νερό με ατμό είναι εξαιρετικά επικίνδυνα λόγω αυτής της αλλαγής φάσης.
Αν η θερμοκρασία δεν αλλάξει, πού πηγαίνει η εφαρμοζόμενη θερμότητα;
Αυτή είναι μια πολύ λογική ερώτηση! Σε όλο το άρθρο, έχουμε δηλώσει ότι η λανθάνουσα θερμότητα δεν επιφέρει αλλαγή στη θερμοκρασία, οπότε όταν ζεσταίνουμε ένα τηγάνι με νερό, γιατί η θερμοκρασία δεν αυξάνεται αμέσως;
Η πιο ξεκάθαρη απάντηση σε αυτή την ερώτηση είναι ότι η θερμότητα που εφαρμόζετε χρησιμοποιείται πρώτα για το σπάσιμο των δεσμών του μέσου προκειμένου να αλλάξει η φάση του. Επειδή τα σωματίδια του νερού είναι τόσο κοντά το ένα στο άλλο, η εξωτερική θερμότητα σπάει τους δεσμούς, αυξάνει την κινητική ενέργεια και μετατρέπει το υγρό σε ατμό!
