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潛熱

潛熱,相變潛熱的簡稱,指物質在等溫等壓情況下,從一個相變化到另一個相吸收或放出的熱量。這是物體在固、液、氣三相之間以及不同的固相之間相互轉變時具有的特點之一。固、液之間的潛熱稱為熔解熱(或凝固熱),液、氣之間的稱為汽化熱(或凝結熱),而固、氣之間的稱為升華熱(或凝華熱)。

潛熱

是指在溫度保持不變的條件下,物質在從某一個相轉變為另一個相的相變過程中所吸入或放出的熱量。是一狀態量。因任何物質在僅吸入(或放出)潛熱時均不致引起溫度的升高(或降低),這種熱量對溫度變化只起潛在作用,故名。例如,液體蒸發時從周圍吸收熱量(汽化潛熱),因為當液體擴張為氣體時分子之間克服相互的吸引力需要能量。同樣,固體在熔解時要吸收熱量(熔解潛熱)。物質的單位量所吸收或釋放的熱量稱為比潛熱;單位物質的量所吸收或釋放的熱量稱為摩爾潛熱 。其值不僅因物質種類不同而異,而且也與溫度或壓力密切相關。按相變過程種類的不同,有氣化潛熱、熔化潛熱和升華潛熱等。同種物質在溫度相同、方向相反的相變過程中所吸入或放出的潛熱,其量值必相等,如氣化潛熱總是等于凝結潛熱。

其在熱化學中,是物質在物態變化(相變)過程中,在溫度沒有變化的情況下,吸收或釋放的能量。這個述語最初是由約瑟夫布雷克發明,約于1750年從拉丁文的“latere”衍生而來,意即“隱藏”。潛熱這個字一般已較少使用,取而代之的是現代觀念的相變焓。

熔解潛熱

物質在溫度沒有改變的狀況下,從固態轉變到液態的過程中吸收的能量。

汽化潛熱

物質在溫度沒有改變的狀況下,從液態轉變到氣態的過程中吸收的能量。

一級相變(見相和相變)過程中單位質量物質吸收或放出的熱量。有時稱相變潛熱。物質三態變化都是相變,因此汽化熱、熔解熱、升華熱都是相變潛熱。在不同的相變溫度下,相變潛熱有不同的值。

在物質的三相點,有三種潛熱。如果用 α、β、γ分別代表物質的固、液、氣相,用潛熱分別表示熔解、汽化 、升華三種潛熱,則有潛熱即三種潛熱中的一種,可由其他兩種求出。許多固體在不同的溫度和壓強下具有不同的結晶形式,即可以從一種固相轉變為另一種固相,這種過程稱為同素異晶轉變。同素異晶轉變過程中也要產生相變潛熱。

相變過程中單位質量物質吸收或放出的熱量。潛熱能量包含兩部分, 即兩相內能之差(稱內潛熱)和相變時克服外部 壓強所作的功(稱外潛熱)。潛熱只發生在一級 相變中,與發生相變時的溫度有關。單位質量 的某物質在一定溫度下的相變潛熱是確定的。 如0℃和1.01×10帕大氣壓強下1千克冰吸 收334.3千焦的熱量才能轉化為同溫度的水; 100℃和1.01×10帕大氣壓強下1千克水吸 收2 263.8千焦的熱量才能轉化為同溫度的水 蒸氣,固-液相變中的熔解熱和凝固熱,液-氣相 變中的汽化熱和凝結熱及固-氣相變中的升華 熱和凝華熱都屬相變潛熱 。

物質發生相變(物態變化),在溫度不發生變化時吸收或放出的熱量叫作“潛熱”。物質由低能轉變為高能時吸收潛熱,反之則放出潛熱。例如,液體沸騰時吸收的潛熱一部分用來克服分子間的引力,另一部分用來在膨脹過程中反抗大氣壓強做功。熔解熱、汽化熱、升華熱都是潛熱。潛熱的量值用每單位質量的物質或用每摩爾物質在相變時所吸收或放出的熱量來表示。

在一級相變中,吸收或釋放熱量,伴隨體積的變化,但系統的溫度不變。所吸收或放出的熱量稱為“相變潛熱”。相變潛熱與發生相變的溫度有關,單位質量的某種物質,在溫度下的相變潛熱是值。若用u1和u2分別表示1相和2相單位質量的內能,用v1和v2分別表示1相和2相單位質量的體積,于是單位質量的物質由1相轉變為2相時所吸收的相變潛熱可用下式表示:l=(u2-u1)+p(v2-v1)=h2-h1。式中p是作用于系統的外部壓強,h1和h2分別為1相和2相單位質量的焓。上式相變潛熱公式表明,相變潛熱內潛熱(u2-u1)和外潛熱〔p(v2-v1)兩部分。

純物質在其相態變化時所吸收或放出熱量且沒有溫度變化,此熱量稱潛熱。但在體系和環境之間有熱量傳遞。過程的特點是兩相共存,因此,從相律知,只有一個自由度。在潛熱和物系的pvt數據間存在著下列基本方程:△h=t△vdp0/dt,△v是溫度t時伴有相變的體積變化;△h是潛熱;dp0/dt是飽和蒸氣壓隨溫度的變化率。潛熱可用理熱法進行實驗測定,估算方法大致上分為兩類:(1)預算正常沸點下的蒸發熱;(2)已知一個溫度下的潛熱推算其他溫度下的潛熱。

技術上常利用某些物質的相變潛熱來致 冷。還可利用液態二氧化碳汽化時吸熱來制作 干冰(固態二氧化碳)。其方法是將液態二氧化 碳在室溫下貯存在高壓鋼管內,使用時打開鋼 筒閥門,噴出的液態二氧化碳由高壓狀態驟然 降至常壓狀態,使它迅速汽化并吸收大量的汽 化熱,這部分液態二氧化碳的汽化導致另一部 分冷卻而凝固成干冰,其溫度低達-78℃左 右,用容器收集起來,便可作為致冷劑。由于干 冰在制造、運輸和使用等方面都很方便,又沒有 副作用,因此在食品冷藏和科學研究中有廣泛 應用。人工降水就是利用干冰在不降水的冷云 中很快升華而吸收大量熱量,使周圍空氣溫度 急劇下降,從而使云中的水汽凝華和過冷水滴 凝固成冰晶,大冰晶下降到地面附近遇到較暖 空氣便化成雨滴降落大地 。

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