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潜熱物理学

潜熱物理学
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ビデオ: 【高校物理】 熱力学03 潜熱(融解熱・気化熱) (23分) 2024, かもしれません

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Anonim

物質の温度を変化させずに発生する物理的状態(相)の変化中に物質が吸収または放出する潜熱、エネルギー。固体の溶融または液体の凍結に関連する潜熱は、融解熱と呼ばれます。液体または固体の気化、または蒸気の凝縮に関連するものは、気化熱と呼ばれます。潜熱は通常、状態の​​変化を受ける物質のモルまたは単位質量あたりの熱量(ジュールまたはカロリーの単位)として表されます。

たとえば、鍋に水を沸騰させ続けると、最後の滴が蒸発するまで温度は100°C(212°F)のままです。これは、液体に加えられた熱がすべて蒸発潜熱として吸収され、逃げる蒸気分子。同様に、氷が溶ける間、氷は0°C(32°F)のままであり、融解潜熱で形成される液体の水も0°Cです。0°Cでの水の融解熱はグラムあたり約334ジュール(79.7カロリー)であり、100°Cでの蒸発熱はグラムあたり約2,230ジュール(533カロリー)です。気化熱が非常に大きいため、蒸気は凝縮時に放出される熱エネルギーを大量に運び、水を熱機関の優れた作動流体にします。

潜熱は、材料内の原子または分子をまとめる力を克服するために必要な仕事から発生します。結晶性固体の規則的な構造は、個々の原子間の引力によって維持され、結晶格子内の平均位置を中心にわずかに振動します。温度が上昇するにつれて、これらの動きはますます激しくなり、融点で、引力は結晶格子の安定性を維持するのに十分ではなくなります。ただし、さらに不規則な液体状態への遷移を達成するために、追加の熱(融解の潜熱)を(一定温度で)追加する必要があります。この状態では、個々の粒子は固定された格子位置に保持されず、自由です。液体の中を動き回ります。粒子間の引力が、液体にある程度の凝集力を与える長距離秩序を維持するのに依然として十分であるという点で、液体は気体とは異なります。温度がさらに上昇すると、蒸気またはガスが占めるはるかに大きな体積の粒子のほとんど独立した動きに対して長距離秩序が不安定になる2番目の遷移点(沸点)に到達します。もう一度、追加の熱(蒸発潜熱)を追加して、液体の長距離秩序を壊し、大まかに不規則な気体状態への移行を達成する必要があります。

潜熱は、単一物質の固体、液体、および蒸気相間の変化以外のプロセスに関連しています。多くの固体は異なる結晶変態で存在し、これらの間の遷移は一般に潜熱の吸収または発生を伴います。ある物質を別の物質に溶解するプロセスは、しばしば熱を伴います。解のプロセスが厳密に物理的な変化である場合、熱は潜熱です。ただし、プロセスには化学変化が伴う場合があり、熱の一部は化学反応に関連するものです。溶融も参照してください。