สสารมีสามสถานะ/สถานะ ได้แก่ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ สสารเดียวกันสามารถมีอยู่ทั้งสามเฟสภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความดันที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น น้ำแข็ง (ของแข็ง) ที่อุณหภูมิ 0° เมื่อได้รับความร้อนจะกลายเป็นน้ำ (ของเหลว) ที่อุณหภูมิ 0°C ซึ่งเมื่อให้ความร้อนต่อไปจะเปลี่ยนเป็นไอน้ำ (ก๊าซ) ที่อุณหภูมิ 100°C ดังนั้นที่ความดันบรรยากาศเดียว น้ำจะอยู่ในทั้งสามเฟสที่อุณหภูมิต่างกัน
กระบวนการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่า การเปลี่ยนเฟส . เกิดจากการแลกเปลี่ยนความร้อน
การเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวเรียกว่า การหลอมเหลว ในขณะที่การเปลี่ยนกลับจากของเหลวเป็นของแข็งเรียกว่า การแช่แข็ง การเปลี่ยนแปลงจากของเหลวเป็นไอเรียกว่า การกลายเป็นไอ ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงย้อนกลับจากแก๊สเป็นของเหลวเรียกว่า การควบแน่น (หรือการทำให้เป็นของเหลว) การเปลี่ยนแปลงโดยตรงจากของแข็งเป็นไอเรียกว่า การระเหิด และการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับจากไอเป็นของแข็งเรียกว่า การสะสม
การเปลี่ยนเฟสของของแข็งเป็นของเหลวโดยการดูดซับความร้อนที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่าการหลอมเหลว เดอะ อุณหภูมิคงที่ซึ่งของแข็งเปลี่ยนเป็นของเหลวเรียกว่า จุดหลอมเหลวของของแข็ง การเปลี่ยนแปลงย้อนกลับจากของเหลวเป็นของแข็งด้วยการปลดปล่อยความร้อนที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่าการแช่แข็ง และอุณหภูมิที่ของเหลวแข็งตัวเป็นของแข็งเรียกว่า จุดเยือกแข็ง พลังงานความร้อนถูกดูดซับระหว่างการหลอมเหลว และถูกปฏิเสธระหว่างการแช่แข็งที่อุณหภูมิคงที่
เส้นโค้งความร้อนของน้ำแข็งระหว่าง การละลาย
ดูกราฟด้านบน อุณหภูมิของน้ำแข็งคงที่เท่ากับ 0 °C ในส่วน AB จนกว่าน้ำแข็งทั้งหมดจะละลาย ความร้อนที่จ่ายในช่วงเวลานี้ใช้เพื่อละลายน้ำแข็ง หลังจากนี้ อุณหภูมิของน้ำที่เกิดจากน้ำแข็งละลายจะเริ่มสูงขึ้นจาก 0 °C (ส่วนก่อนคริสต์ศักราช)
|
การเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นก๊าซ (หรือไอ) ในการดูดกลืนความร้อนที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่าการกลายเป็นไอ อุณหภูมิเฉพาะที่เกิดการกลายเป็นไอเรียกว่า จุดเดือดของของเหลว ในทำนองเดียวกัน การเปลี่ยนสถานะจากไอเป็นของเหลวในการปลดปล่อยความร้อนที่อุณหภูมิคงที่เรียกว่าการควบแน่น และอุณหภูมิเฉพาะที่เกิดการควบแน่นเรียกว่า จุดควบแน่นของไอ
พลังงานความร้อนจะถูกดูดซับที่อุณหภูมิคงที่ระหว่างการกลายเป็นไอ ในขณะที่พลังงานความร้อนในปริมาณที่เท่ากันจะถูกปลดปล่อยออกมาในระหว่างการควบแน่นที่อุณหภูมินั้นสำหรับสารที่มีมวลเท่ากัน
เส้นโค้งความร้อนของน้ำ
ที่จุด A น้ำอยู่ที่อุณหภูมิห้อง (20°C) จากนั้นด้วยการดูดซับพลังงานความร้อน อุณหภูมิของน้ำจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในส่วน AB ซึ่งอยู่ในสถานะของเหลว เมื่อจุด B เริ่มเดือดและอุณหภูมิไม่สูงขึ้นอีกในส่วน BC พลังงานความร้อนจะถูกดูดซับอย่างต่อเนื่องและแสดงถึงการเดือดของน้ำ โดยที่ B เป็นจุดเดือดของน้ำ
|
 | ทำไมเราถึงใส่เกลือในขณะที่ปรุงอาหารพัลส์? ทำไมการปรุงอาหารบนเนินเขาจึงใช้เวลานานกว่าในที่ราบ? |
ระหว่างการเปลี่ยนเฟสของสารซึ่งเกิดขึ้นที่อุณหภูมิคงที่ พลังงานความร้อนจำนวนมากจะถูกดูดซับหรือปลดปล่อยออกมา เนื่องจากพลังงานความร้อนที่ดูดกลืนหรือปลดปล่อยเมื่อเปลี่ยนเฟสจะไม่แสดงออกมาภายนอกเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง จึงเรียกว่าความ ร้อนแฝง
ความร้อนแฝง เมื่อแสดงเป็นหน่วยมวลของสาร เรียกว่า ความร้อนแฝงจำเพาะ และแสดงด้วยสัญลักษณ์ L
ความร้อนแฝงจำเพาะของเฟสคือปริมาณของพลังงานความร้อนที่ดูดซับหรือปลดปล่อยโดยมวล 1 หน่วยของสารสำหรับการเปลี่ยนแปลงเฟสที่อุณหภูมิคงที่ ดังนั้น Q ปริมาณพลังงานความร้อนที่ถูกดูดซับหรือปลดปล่อยโดยปริมาณของสารที่กำหนดสำหรับการเปลี่ยนเฟสซึ่งมีความร้อนแฝงจำเพาะคือ L คือ |
หน่วย SI ของความร้อนแฝงจำเพาะคือ J kg -1 หน่วยทั่วไปอื่นๆ คือ cal g -1
1 แคล กรัม -1 = 4.2 × 10 3 J กก. -1
ความร้อนของฟิวชันคือพลังงานความร้อนที่ต้องถอนออกมาเพื่อทำให้มวลหรือปริมาณของของเหลวแข็งตัว หรือเพิ่มเข้าไปเพื่อละลายมวลหรือปริมาณของของแข็งที่แน่นอน เรียกอีกอย่างว่าความ ร้อนแฝงของการหลอมรวม ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ คือความร้อนที่ใช้หรือปล่อยออกมาเมื่อสสารแตกตัว เปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นสถานะก๊าซที่อุณหภูมิสม่ำเสมอ
ความร้อนแฝงจำเพาะของการรวมตัวของน้ำแข็งคือพลังงานความร้อนที่ต้องใช้ในการละลายน้ำแข็ง 1 หน่วยที่อุณหภูมิ 0 °C ให้เป็นน้ำที่อุณหภูมิ 0 °C โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ความร้อนแฝงเฉพาะของการแช่แข็งของน้ำแข็งคือพลังงานความร้อนที่ปลดปล่อย/ปล่อยออกมาเมื่อมวลของน้ำที่อุณหภูมิ 0 °C แข็งตัวเป็นน้ำแข็งที่อุณหภูมิ 0 °C โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สำหรับน้ำแข็ง ความร้อนแฝงจำเพาะของการหลอมเหลวคือ 336,000 J kg -1 ซึ่งหมายความว่าน้ำแข็ง 1 กิโลกรัมที่อุณหภูมิ 0 °C จะดูดซับพลังงานความร้อน 336,000 J เพื่อเปลี่ยนเป็นน้ำที่อุณหภูมิ 0 °C สำหรับการกลายเป็นไอ เป็นปริมาณความร้อน (540 cal g −1 ) ที่คาดว่าจะเปลี่ยนน้ำ 1 กรัมเป็นควันน้ำ 1 กรัม การวัดความร้อนที่คล้ายกันจะถูกปล่อยออกมาในการเคลื่อนที่ของสเตจระหว่างการสะสมของควันน้ำ 1 กรัมต่อน้ำ 1 กรัม
คำอธิบายของความร้อนแฝงของการหลอมเหลวบนพื้นฐานของแบบจำลองจลนศาสตร์
ตามแบบจำลองจลนศาสตร์ โมเลกุลในของแข็งจะสั่นตามตำแหน่งเฉลี่ยของพวกมัน พลังงานทั้งหมดของโมเลกุลเป็นผลรวมของพลังงานจลน์ (ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ) เนื่องจากการเคลื่อนที่และพลังงานศักย์ (ซึ่งขึ้นอยู่กับแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลและการแยกระหว่างโมเลกุล) เมื่อของแข็งเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ จลนพลศาสตร์เฉลี่ยของโมเลกุลจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่การแยกระหว่างโมเลกุลโดยเฉลี่ยจะเพิ่มขึ้น พลังงานบางอย่างจำเป็นต้องเพิ่มการแยกตัวต่อแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล (กล่าวคือ เพื่อเพิ่มพลังงานศักย์ของโมเลกุล) ดังนั้นพลังงานความร้อนที่จ่ายให้ระหว่างการหลอมจะถูกนำไปใช้ในการเพิ่มพลังงานศักย์ของโมเลกุลเท่านั้น และเรียกว่าความร้อนแฝงของการหลอมเหลว
| สาร | ความร้อนแฝงจำเพาะของฟิวชัน มีหน่วยเป็น J/g | ความร้อนแฝงจำเพาะของการกลายเป็นไอ มีหน่วยเป็น J/g |
| ปรอท | 11.6 | 295 |
| เหล็ก | 209 | 6340 |
| โซเดียม | 113 | 4237 |
| น้ำแข็ง | 336 | 2260 |
ตัวอย่าง
คำถามที่ 1 ต้องใช้พลังงานความร้อนเท่าไรในการละลายน้ำแข็ง 10 กก. (ความร้อนแฝงเฉพาะของน้ำแข็ง = 336 J g -1 )
วิธีแก้ปัญหา: m = 10 kg, L = 336 J g -1
พลังงานความร้อนที่ต้องการ = mL = 10,000 × 336 = 3360000 J
คำถามที่ 2: อุณหภูมิของน้ำ 250 กรัมที่อุณหภูมิ 40 °C จะลดลงเหลือ 0 °C โดยการเติมน้ำแข็งลงไป ค้นหามวลของน้ำแข็งที่เพิ่ม (น้ำแข็งความร้อนแฝงจำเพาะคือ 336 J g -1 และความจุความร้อนจำเพาะของน้ำคือ 4.2 J g -1 K -1 )
วิธีแก้ปัญหา: พลังงานความร้อนที่น้ำสูญเสียไป = พลังงานความร้อนที่น้ำแข็งได้รับ
อุณหภูมิที่ลดลงคือ 40 − 0 = 40 °C
ความร้อนที่สูญเสียไปกับน้ำ = m⋅c⋅Δt = 250 × 4.2 × 40 = 42000 J
ความร้อนที่ได้จากน้ำแข็ง = 42000 = มวลน้ำแข็ง × 336 ⇒ มวลน้ำแข็ง = 42000 ∕ 336 = 125 กรัม
คำถามที่ 3: พลังงานความร้อน 10125J ต้มน้ำ 4.5 กรัมที่อุณหภูมิ 100°c ให้เดือดที่อุณหภูมิ 100°c จงหาความร้อนแฝงของไอน้ำในหน่วย SI
วิธีแก้ปัญหา: ความร้อนแฝงของไอน้ำ L = 10125 J ∕ (4.5 × 10 -3 ) กก. = 2250 × 10 3 J∕ กก.
