Άρθρο σχετικά με την ειδική θερμότητα και θερμοχωρητικότητα λανθάνουσας θερμότητας
Αν βάλετε ένα θερμόμετρο υδραργύρου σε ένα δοχείο που περιέχει ένα μείγμα κρύου νερού και πάγου, θα παρατηρήσετε ότι αφού κινηθεί προς τα κάτω, η επιφάνεια του υδραργύρου σταματά να κινείται. Η επιφάνεια του υδραργύρου σταματά να κινείται αφού φτάσει στη θερμοκρασία του σημείου πήξης του νερού (0 ° C). Αν το δοχείο είναι ανοιχτό, η θερμότητα ρέει από τον αέρα που έχει την υψηλότερη θερμοκρασία στο μείγμα πάγου και κρύου νερού. Η προσθήκη θερμότητας από τον αέρα προκαλεί την τήξη του πάγου. Όσο λιώνει ο πάγος, αλλάζει η θερμοκρασία του μείγματος πάγου και κρύου νερού; Όσο λιώνει ο πάγος, η θερμοκρασία του μείγματος νερού και πάγου δεν αλλάζει.
Αν ένα μείγμα πάγου και νερού θερμανθεί χρησιμοποιώντας φωτιά ή ηλεκτρική θερμάστρα, για παράδειγμα, όλος ο πάγος μετατρέπεται σε νερό. Αν συνεχίσει να θερμαίνεται, η θερμοκρασία του νερού αυξάνεται στους 100 ° C. Στους 100 ° C, το νερό αρχίζει να εξατμίζεται. Αν το νερό συνεχίσει να θερμαίνεται, τόσο πιο γρήγορα μετατρέπεται σε ατμό, ενώ η θερμοκρασία του νερού δεν αλλάζει ή παραμένει στους 100 ° C. Αυτή είναι η θερμοκρασία του σημείου βρασμού του νερού, η υψηλότερη θερμοκρασία που μπορεί να φτάσει το νερό.
Γράφημα της σχέσης της θερμότητας με τις μεταβολές της θερμοκρασίας και τις μεταβολές στη φάση του νερού
AB = Η επιπλέον θερμότητα αυξάνει τη θερμοκρασία του πάγου στους 0 ° C
BC = Η πρόσθετη θερμότητα λιώνει τον πάγο σε νερό
CD = Η πρόσθετη θερμότητα αυξάνει τη θερμοκρασία του νερού από 0 ° C σε 100 ° C
DE = Η επιπλέον θερμότητα εξατμίζει το νερό
EF = Η πρόσθετη θερμότητα αυξάνει τη θερμοκρασία του ατμού
Το παραπάνω γράφημα δείχνει τη διαδικασία των αλλαγών της θερμοκρασίας και τις αλλαγές στην υδατική φάση όσο το νερό απορροφά θερμότητα (σε μία ατμοσφαιρική πίεση αέρα). Εάν το νερό απελευθερώσει θερμότητα, η διαδικασία που συμβαίνει είναι η αντίθετη από την παραπάνω διαδικασία. Η προσθήκη θερμότητας από το BC δεν προκαλεί αλλαγές στη θερμοκρασία του νερού, αλλά μόνο λιώνει τον πάγο σε νερό.
Η προσθήκη θερμότητας από το DE δεν προκαλεί αλλαγές στη θερμοκρασία του νερού, αλλά μόνο μετατρέπει το νερό σε ατμό. Το νερό είναι μόνο ένα παράδειγμα. Όλα τα αντικείμενα θα υποστούν μια διαδικασία αλλαγής φάσης και θερμοκρασίας, όπως συμβαίνει με το νερό εάν το αντικείμενο απορροφήσει θερμότητα. Η διαφορά έγκειται στο σημείο πήξης και στο σημείο βρασμού. Κάθε αντικείμενο έχει διαφορετικό σημείο πήξης και σημείο βρασμού. Εάν τα αντικείμενα απελευθερώσουν θερμότητα, η διαδικασία που συμβαίνει είναι το αντίθετο από την παραπάνω διαδικασία.
1. Η θερμότητα σύντηξης (L F )
Η θερμότητα σύντηξης είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από 1 kg αντικειμένων για να αλλάξει η φάση τους από στερεά σε υγρή ή η θερμότητα που απελευθερώνεται από 1 kg αντικειμένων για να αλλάξει η φάση τους από υγρή σε στερεή. Ο τύπος για τον προσδιορισμό της ποσότητας θερμότητας που απορροφάται (ή απελευθερώνεται) για να αλλάξει η φάση ενός αντικειμένου από στερεά σε υγρή (ή από υγρή σε στερεή):
Q = m L F
Περιγραφή: Q = θερμότητα που απορροφάται ή απελευθερώνεται, m = μάζα του αντικειμένου, L F = θερμότητα σύντηξης
2. Η θερμότητα εξάτμισης ( LV )
Η θερμότητα εξάτμισης είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφάται από 1 kg αντικειμένων για να αλλάξει η φάση τους από υγρή σε αέρια ή η θερμότητα που απελευθερώνεται από 1 kg αντικειμένων για να αλλάξει η φάση τους από αέρια σε υγρή. Ο τύπος για τον προσδιορισμό της ποσότητας θερμότητας που απορροφάται (ή απελευθερώνεται) για τη μετατροπή ενός αντικειμένου από υγρό σε αέριο (ή από αέριο σε υγρό):
Q = m L V
Περιγραφή: Q = θερμότητα που απορροφάται ή απελευθερώνεται, m = μάζα του αντικειμένου, L V = θερμότητα εξάτμισης
Η θερμότητα σύντηξης και η θερμότητα εξάτμισης αναφέρονται ως λανθάνουσα θερμότητα.
Ειδική θερμότητα (c)
Ειδική θερμότητα (c) = η ποσότητα θερμότητας (Q) που απαιτείται για να αυξηθεί η θερμοκρασία (T) μιας μονάδας μάζας (m) αντικειμένων κατά ένα βαθμό. Η εξίσωση της ειδικής θερμότητας:
Η μονάδα μέτρησης της ειδικής θερμότητας στο Διεθνές Σύστημα είναι J/Kg·K.
Η ειδική θερμότητα ενός αντικειμένου αλλάζει με τη θερμοκρασία. Εάν η μεταβολή της θερμοκρασίας δεν είναι πολύ μεγάλη, η θερμότητα μπορεί να θεωρηθεί σταθερή.
Τα παρακάτω είναι η θερμότητα αρκετών αντικειμένων σε πίεση 1 atm και θερμοκρασία 20 o C (που προκύπτει μέσω πειραμάτων).
Θερμοχωρητικότητα (C)
Θερμοχωρητικότητα (C) = η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας όλων των αντικειμένων κατά έναν βαθμό. Η εξίσωση της θερμοχωρητικότητας:
C = mc
Περιγραφή: C = θερμοχωρητικότητα, m = μάζα, c = η ειδική θερμότητα του αντικειμένου.
