水的潛熱

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介紹

被邊界限制在特定空間內的物質稱為熱力學系統。它們具有確定的滲透性。根據其邊界，它們可以分類為封閉系統、開放系統和孤立系統。在孤立系統中，能量或物質不會跨越系統的邊界進行轉換。系統上沒有做功。

在封閉系統中，能量可以轉換，但物質不能跨越邊界轉移。在開放系統中，能量和物質可以在邊界之間自由交換。熱力學屬於物理學的一個分支，它討論熱量、功和溫度以及它們與能量、熵和物質的其他一些物理性質的關係。

什麼是潛熱？

當物質的物理狀態在不改變溫度的情況下透過吸收或釋放能量而發生變化時。這種能量稱為潛熱。潛熱的概念最初由英國化學家約瑟夫·布萊克提出。為了記錄潛熱值，他首先使用了量熱法。它是克服材料中原子或分子之間力的功或能量。通常，氣體中的分子振動更大。如果給水加熱，振動會增加。因此，施加的能量改變了分子的遷移率。這稱為潛熱。

潛熱的型別

這種熱量透過三種方式在系統中傳遞。它們是汽化潛熱、昇華潛熱和熔化潛熱。

熔化潛熱

物質從固態轉變為液態時吸收或釋放的熱量稱為熔化潛熱。在氣壓下施加的能量使物質從固態熔化成液態。溶解物質的焓變是熔化潛熱。例如，冰透過吸收熱量融化。

汽化潛熱

物質從液態轉變為氣態時吸收或釋放的熱量稱為汽化潛熱。在恆溫下施加到物質上的能量，用於改變物質的狀態，就是汽化潛熱。在這裡，潛熱伴隨著溫度沒有變化，只有狀態的變化。

圖 1：測量液體汽化潛熱的裝置，復古雕刻

昇華潛熱

物質從固態直接轉變為氣態，跳過中間狀態時吸收或釋放的能量。這種能量就是昇華潛熱。在恆溫下施加到物質上的能量，用於將固體轉變為氣體，稱為昇華潛熱。例如，0°C 時冰的昇華潛熱為 2,838 kJ/kg。

比潛熱

改變 1 公斤材料狀態所需的能量是該材料的比潛熱。

比潛熱用數學表示式表示為：

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

Q 表示材料吸收或釋放的能量

M 表示物質的質量。

水的比潛熱

當熱能施加到水中時，水的溫度升高並達到其沸點 100°C 並保持恆定。然後，來自熱源的更多能量使水轉化為蒸汽。

$\mathrm{傳遞到水的能量 Q \:=\: 能源的功率 \: x \: 時間}$

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

透過知道熱源的功率來計算傳遞給水的能量。

$\mathrm{水的比熱 \:=\:\frac{吸收的能量}{水的質量}}$

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

水的潛熱容量

當材料被外部熱源加熱時，它會改變其狀態。材料的溫度保持恆定，直到它改變其狀態。材料從一種狀態到另一種狀態的轉變需要更多的能量。

當水被加熱時，它的溫度逐漸升高到 100°C。並保持恆定，直到所有水都沸騰。類似地，當水冷卻時，它會冷卻到 0°C 並保持恆定，直到所有水都結冰。不僅對於水，所有物質的溫度都會保持恆定，直到整個物質改變其狀態。因為能量必須用於將材料的狀態從一種形式轉變為另一種形式。

結論

在本教程中，討論了潛熱和潛熱的型別。還詳細討論了比潛熱、水的比熱和水的熱容。

常見問題

Q1. 熱力學第一定律是什麼？

答：當一個系統被賦予能夠做功的熱量時，那麼該系統會吸收一些能量。這種溫度升高增加了系統的內能並由於膨脹而做功。系統吸收的熱量和系統內能的增加是相同的。熱力學第一定律規定在能量守恆定律的原理下。

Q2. 能量守恆定律是什麼？

答：能量是一種對生命非常重要的基本量。能量轉換是指將一種能量轉換為另一種能量的過程。所有形式的能量都與運動有關。根據能量守恆定律，一種形式的能量可以轉化為另一種形式，能量既不能被破壞也不能被創造。換句話說，它也可以表述為，如果系統是孤立的，那麼系統的總能量保持恆定並且不發生變化。

Q3. 蒸汽的比潛熱容量有哪些優點？

答：通常蒸汽具有較高的比潛熱容量。主要優點是

• 在寒冷的國家，為了加熱房間，在房間裡安裝了散熱器。由於蒸汽具有較高的比潛熱容量，因此它們在鍋爐中產生並透過散熱器中的管道傳遞以加熱房間。

• 在火力發電廠中，將煤的化學能轉化為電能，蒸汽用作介質。因為 1 克蒸汽產生大約 2260 焦耳的能量。

Q4. 給出一些潛熱的例子？

答：它是相變過程中吸收或釋放的能量。下面給出了一些示例。

• 潛熱增強了颶風。經過溫水的氣體變暖並上升。並且它們包含水蒸氣。然後，當它們釋放潛熱時，雲從水蒸氣中形成。

• 由於水具有較高的熔化潛熱，因此它們比液氧凍結得更快。水的熔化潛熱應用於冰箱中將水轉化為冰。

Q5. 比熱和潛熱有什麼區別？

答：使材料溫度升高少量所需的熱量稱為比熱。但相變過程中輻射的熱量稱為潛熱。