水的潜热

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介绍

被边界限制在特定空间内的物质称为热力学系统。它们具有确定的渗透性。根据其边界，它们可以分类为封闭系统、开放系统和孤立系统。在孤立系统中，能量或物质不会跨越系统的边界进行转换。系统上没有做功。

在封闭系统中，能量可以转换，但物质不能跨越边界转移。在开放系统中，能量和物质可以在边界之间自由交换。热力学属于物理学的一个分支，它讨论热量、功和温度以及它们与能量、熵和物质的其他一些物理性质的关系。

什么是潜热？

当物质的物理状态在不改变温度的情况下通过吸收或释放能量而发生变化时。这种能量称为潜热。潜热的概念最初由英国化学家约瑟夫·布莱克提出。为了记录潜热值，他首先使用了量热法。它是克服材料中原子或分子之间力的功或能量。通常，气体中的分子振动更大。如果给水加热，振动会增加。因此，施加的能量改变了分子的迁移率。这称为潜热。

潜热的类型

这种热量通过三种方式在系统中传递。它们是汽化潜热、升华潜热和熔化潜热。

熔化潜热

物质从固态转变为液态时吸收或释放的热量称为熔化潜热。在气压下施加的能量使物质从固态熔化成液态。溶解物质的焓变是熔化潜热。例如，冰通过吸收热量融化。

汽化潜热

物质从液态转变为气态时吸收或释放的热量称为汽化潜热。在恒温下施加到物质上的能量，用于改变物质的状态，就是汽化潜热。在这里，潜热伴随着温度没有变化，只有状态的变化。

图 1：测量液体汽化潜热的装置，复古雕刻

升华潜热

物质从固态直接转变为气态，跳过中间状态时吸收或释放的能量。这种能量就是升华潜热。在恒温下施加到物质上的能量，用于将固体转变为气体，称为升华潜热。例如，0°C 时冰的升华潜热为 2,838 kJ/kg。

比潜热

改变 1 公斤材料状态所需的能量是该材料的比潜热。

比潜热用数学表达式表示为：

$\mathrm{L=\frac{Q}{M}}$

Q 表示材料吸收或释放的能量

M 表示物质的质量。

水的比潜热

当热能施加到水中时，水的温度升高并达到其沸点 100°C 并保持恒定。然后，来自热源的更多能量使水转化为蒸汽。

$\mathrm{传递到水的能量 Q \:=\: 能源的功率 \: x \: 时间}$

$\mathrm{Q=P\:\times\:T}$

通过知道热源的功率来计算传递给水的能量。

$\mathrm{水的比热 \:=\:\frac{吸收的能量}{水的质量}}$

$\mathrm{L=\frac{Q}{M}}$

水的潜热容量

当材料被外部热源加热时，它会改变其状态。材料的温度保持恒定，直到它改变其状态。材料从一种状态到另一种状态的转变需要更多的能量。

当水被加热时，它的温度逐渐升高到 100°C。并保持恒定，直到所有水都沸腾。类似地，当水冷却时，它会冷却到 0°C 并保持恒定，直到所有水都结冰。不仅对于水，所有物质的温度都会保持恒定，直到整个物质改变其状态。因为能量必须用于将材料的状态从一种形式转变为另一种形式。

结论

在本教程中，讨论了潜热和潜热的类型。还详细讨论了比潜热、水的比热和水的热容。

常见问题

Q1. 热力学第一定律是什么？

答：当一个系统被赋予能够做功的热量时，那么该系统会吸收一些能量。这种温度升高增加了系统的内能并由于膨胀而做功。系统吸收的热量和系统内能的增加是相同的。热力学第一定律规定在能量守恒定律的原理下。

Q2. 能量守恒定律是什么？

答：能量是一种对生命非常重要的基本量。能量转换是指将一种能量转换为另一种能量的过程。所有形式的能量都与运动有关。根据能量守恒定律，一种形式的能量可以转化为另一种形式，能量既不能被破坏也不能被创造。换句话说，它也可以表述为，如果系统是孤立的，那么系统的总能量保持恒定并且不发生变化。

Q3. 蒸汽的比潜热容量有哪些优点？

答：通常蒸汽具有较高的比潜热容量。主要优点是

• 在寒冷的国家，为了加热房间，在房间里安装了散热器。由于蒸汽具有较高的比潜热容量，因此它们在锅炉中产生并通过散热器中的管道传递以加热房间。

• 在火力发电厂中，将煤的化学能转化为电能，蒸汽用作介质。因为 1 克蒸汽产生大约 2260 焦耳的能量。

Q4. 给出一些潜热的例子？

答：它是相变过程中吸收或释放的能量。下面给出了一些示例。

• 潜热增强了飓风。经过温水的气体变暖并上升。并且它们包含水蒸气。然后，当它们释放潜热时，云从水蒸气中形成。

• 由于水具有较高的熔化潜热，因此它们比液氧冻结得更快。水的熔化潜热应用于冰箱中将水转化为冰。

Q5. 比热和潜热有什么区别？

答：使材料温度升高少量所需的热量称为比热。但相变过程中辐射的热量称为潜热。