Skip to main content

I.16.2.6. Călduri latente

📚

Trecerea substanței dintr-o stare de agregare în alta se face cu absorbție sau cedare de căldură.

📚

Căldura absorbită sau cedată de o substanță pe parcursul unui fenomen cu schimbarea stării de agregare, care determină numai variația energiei potențiale a moleculelor se numește căldură latentă.

📋

Ca să înțelegem noțiunea de căldură latentă trebuie să vedem ce se întâmplă în interiorul substanței care se transformă dintr-o stare de agregare în alta. Am ales topirea.

Explicația topirii unei substanțe:

În stare solidă particulele au energie potențială minimă și distanțe intermoleculare foarte mici.

Topirea se produce la temperatură constantă și prin urmare, energia cinetică este constantă (energia cinetică –de mișcare a particulelor– este funcție de temperatură).

Atunci ce face solidul cu căldura absorbită dacă temperatura lui nu se modifică ?

Ei bine căldura absorbită duce numai la creșterea energiei potențiale a moleculelor, care va conduce la creșterea distanțelor intermoleculare și trecerea solidului în lichid.

📚

Qlatentă = m·ʌ

Qlatentă = căldura latentă, adică căldura absorbită (cedată) de o substanță pe parcursul schimbării stării de agregare (în joule = J)

m = masa substanței (în kg)

ʌ = căldura latentă specifică (constantă de material și o luăm din tabel).

Se măsoară în J / kg.

Se notează cu litera grecească lambda (ʌ).

🔦 Observații

a) Căldurile latente specifice sunt de două feluri:

  • de topire = ʌt și
  • de vaporizare (fierbere) = ʌv

b) Pentru aceeași substanță:

ʌt = ʌs și ʌv = ʌc dar, ʌt ≠ ʌv .

De exemplu pentru apă:

  • avem căldura latentă specifică de topire: ʌt = 334000 J/kg
  • avem căldura latentă specifică de vaporizare: ʌv = 2260000 J/kg
🔓 Probleme rezolvate

1. Ce căldură absoarbe 100g de gheață de la temperatura de (-20)°C până la vaporizarea completă?

Se dă: cg = 2090J/kgK, ca = 4200J/kgK, ʌt = 334000J/kg , ʌv = 2260000J/kg, tt = 0 °C și tf = 100 °C.


Rezolvare

Scriem datele problemei:
m = 100g = 0,1kg
t1 = -20°C
tt = 0°C
tf = 100°C
cg = 2090 J/kgK
ca = 4185J/kgK
ʌt = 334000 J/kg
ʌv = 2260000 J/kg

Scriem fenomenele suferite de gheață și aplicăm formulele corespunzătoare pentru căldura absorbită, în fiecare caz :

a)Încălzirea gheții de la (-20)°C până la 0°C:

Q1 = m ∙ cg ∙ Δt1 = 0,1kg ∙ 2090J/kgK ∙ [0-(-20)] K = 0,1 ∙ 2090 ∙ 20 = 4180 J


b) Topirea gheții la t = ct. = 0 °C: fiind fenomen cu schimbare de stare de agregare aplicăm formula căldurii latente:

Q2 = Qlatentă topire = m · ʌt = 0,1kg ∙ 334000 J/kg = 33400 J


c) Încălzirea apei de la 0°C până la 100°C:

Q3 = m ∙ ca ∙ Δt2 = 0,1kg ∙ 4185J/kgK ∙ (100-0) K = 0,1 ∙ 4185 ∙ 100 = 41850 J


d) Fierberea(vaporizarea) apei la t = ct. = 100 °C : fiind fenomen cu schimbare de stare de agregare aplicăm formula căldurii latente:

Q4 = Qlatentă vaporizare = m · ʌv = 0,1kg ∙ 2260000 J/kg = 226000 J


Adunăm toate căldurile absorbite de gheață până la vaporizarea completă:

Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 4180 J + 33400 J + 41850J + 226000 J = 305430 J



2. Ce căldură degajă 500g de aluminiu de la temperatura de 800 °C până la temperatura de 500 °C ?

Se dau: cAl = 880 J/kgK, ʌt = 400000J/kg , tt = 660°C


Rezolvare

Scriem datele problemei:
m = 500g = 0,5kg
t1 = 800°C
tt = ts = 660°C
cAl = 880J/kgK
ʌt = 400000 J/kg
t2 = 500°C

Scriem fenomenele suferite de aluminiu și aplicăm formulele corespunzătoare pentru căldura cedată, în fiecare caz:


a) Răcirea aluminiului lichid de la 800°C până la 660°C:

Q1 = m ∙ cAl ∙ ΔT = 0,5kg ∙ 880 J/kgK ∙ (660-800) K = 0,5 ∙ 880 ∙ (-140) = -61600 J


b) Solidificarea aluminiului lichid la ts = tt = constantă = 660°C : fiind fenomen cu schimbare de stare de agregare aplicăm formula căldurii latente:

Q2 = Qlatentă topire = - m · ʌt = - 0,5kg ∙ 400000 J/kg = - 200000 J


c) Răcirea aluminiului solid de la 660°C până la 500°C :

Q3 = m ∙ cAl ∙ ΔT = 0,5kg ∙ 880J/kgK ∙ (500-660) = 0,5 ∙ 880 ∙ (-160) = - 70400 J


Adunăm toate căldurile cedate de aluminiu

Qcedată = Q1 + Q2 + Q3 = - 61600J - 200000 J - 70400 J = - 332000 J



3. Determinarea temperaturii de echilibru.