فيزياء الحرارة الكامنة

الحرارة الكامنة ، الطاقة التي تمتصها أو تطلقها مادة ما أثناء تغير في حالتها المادية (المرحلة) التي تحدث دون تغيير درجة حرارتها. تسمى الحرارة الكامنة المصاحبة لصهر سائل أو تجميد سائل حرارة الانصهار ؛ الذي يرتبط بتبخير سائل أو صلب أو تكثيف بخار يسمى حرارة التبخر. عادة ما يتم التعبير عن الحرارة الكامنة على أنها كمية الحرارة (بوحدات الجول أو السعرات الحرارية) لكل مول أو كتلة الوحدة من المادة التي تخضع لتغيير في الحالة.

على سبيل المثال ، عندما يتم إبقاء قدر من الماء يغلي ، تبقى درجة الحرارة عند 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) حتى تتبخر القطرة الأخيرة ، لأن كل الحرارة المضافة إلى السائل تمتص كحرارة كامنة للتبخر وتنقلها جزيئات بخار الهروب. وبالمثل ، بينما يذوب الجليد ، يبقى عند درجة حرارة 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) ، والماء السائل الذي يتشكل بالحرارة الكامنة للانصهار هو أيضًا عند درجة حرارة صفر. تبلغ حرارة اندماج الماء عند 0 درجة مئوية حوالي 334 جول (79.7 سعرة حرارية) للجرام ، وحرارة التبخير عند 100 درجة مئوية حوالي 2،230 جول (533 سعرة حرارية) للجرام. نظرًا لأن حرارة التبخر كبيرة جدًا ، فإن البخار يحمل قدرًا كبيرًا من الطاقة الحرارية التي يتم إطلاقها عند تكثيفها ، مما يجعل الماء سائلًا ممتازًا للعمل في المحركات الحرارية.

تنشأ الحرارة الكامنة من العمل المطلوب للتغلب على القوى التي تتماسك مع الذرات أو الجزيئات في المادة. يتم الحفاظ على البنية المنتظمة للمادة الصلبة البلورية من خلال قوى الجذب بين ذراتها الفردية ، والتي تتأرجح قليلاً حول متوسط ​​مواضعها في الشبكة البلورية. مع زيادة درجة الحرارة ، تصبح هذه الحركات عنيفة بشكل متزايد حتى ، عند نقطة الانصهار ، لم تعد القوى الجذابة كافية للحفاظ على استقرار الشبكة البلورية. ومع ذلك ، يجب إضافة حرارة إضافية (الحرارة الكامنة للانصهار) (عند درجة حرارة ثابتة) من أجل تحقيق الانتقال إلى الحالة السائلة الأكثر اضطرابًا ، حيث لم تعد الجزيئات الفردية في مواقع شعرية ثابتة ولكنها خالية. للتنقل عبر السائل. يختلف السائل عن الغاز في أن قوى التجاذب بين الجسيمات لا تزال كافية للحفاظ على ترتيب بعيد المدى يمنح السائل درجة من التماسك. مع زيادة درجة الحرارة ، يتم الوصول إلى نقطة انتقال ثانية (نقطة الغليان) حيث يصبح الترتيب بعيد المدى غير مستقر بالنسبة للحركات المستقلة إلى حد كبير للجسيمات في الحجم الأكبر بكثير الذي يشغله البخار أو الغاز. مرة أخرى ، يجب إضافة حرارة إضافية (الحرارة الكامنة للتبخر) لكسر الترتيب البعيد المدى للسائل وتحقيق الانتقال إلى الحالة الغازية المضطربة إلى حد كبير.

ترتبط الحرارة الكامنة بعمليات أخرى غير التغيرات بين الأطوار الصلبة والسائلة والبخارية لمادة واحدة. توجد العديد من المواد الصلبة في تعديلات بلورية مختلفة ، وتنطوي التحولات بينها بشكل عام على امتصاص أو تطور الحرارة الكامنة. غالبًا ما تتضمن عملية إذابة مادة في مادة أخرى الحرارة ؛ إذا كانت عملية الحل عبارة عن تغيير مادي صارم ، فإن الحرارة هي حرارة كامنة. في بعض الأحيان ، تكون العملية مصحوبة بتغيير كيميائي ، وجزء من الحرارة يرتبط بالتفاعل الكيميائي. انظر أيضًا ذوبان.