گرمای نهان تبخیر و میعان

به نظر شما گرمای مورد نیاز برای بخار كردن یك مایع به چه عواملی بستگی دارد؟

آیا گرمای مورد نیاز برای بخار كردن یك لیوان آب و یك پارچ آب با هم برابر است؟

آیا برای بخار كردن مقداری آب و جیوه (هم جرم) به یك میزان گرما نیاز داریم؟

با توجّه به تجربه روزمره و بررسی‏های ساده درمی‏یابیم كه گرمای مورد نیاز برای تبخیر یك مایع به جرم و جنس جسم آن بستگی دارد و با انجام آزمایش دقیق مشاهده می‏كنیم كه گرمای مورد نیاز برای تبخیر(Q) با جرم جسم (m) رابطه مستقیم دارد یعنی:

و برای تبدیل تناسب به تساوی به یك ضریب نیاز داریم كه در اینجا به جنس جسم بستگی دارد و با L_V نشان داده می‏شود. بنابراین داریم:

Q_V=mL_V

گرمایی كه به یك مایع در نقطه جوش می‏دهیم تا بخار شود گرمای نهان تبخیر (Q_V) نام دارد.

مقدار گرمایی كه باید به یك كیلوگرم از یك ماده در دمای نقطه جوش داده شود تا به بخار تبدیل شود گرمای نهان ویژه تبخیر (L_V) نام دارد.

البته مطلب مشابهی برای میعان هم تعریف می‏شود. با این تفاوت كه به جای تبخیر فرآیند حرارتی میعان و گرمای لازم برای آن مورد بررسی قرار می‏گیرد.

گرما نهان میعان مقدار گرمایی است كه از یك گاز گرفته می‏شود و باعث می‏گردد تا آن ماده در دمای ثابت مایع گردد.

مقدار گرمایی كه باید از یك كیلوگرم از یك گاز در دمای میعان گرفته شود تا به مایع تبدیل شود گرمای نهان ویژه میعان  (L_V) نام دارد.

در جدول زیر گرمای نهان ویژه تبخیر چند ماده آمده است.

همان طور كه تا كنون متوجّه شدید تبخیر فرآیندی گرما گیر است. بر همین اساس وقتی آب بدن انسان به صورت عرق تبخیر می‌شود باعث خنك شدن بدن می‌شود.

و حتی در حیوانات، عمل تبخیر آب در زبان آنها نیز (به مقدار قابل توجّه) باعث خنك شدن آنها می‌شود.

گرمایی كه جسم می‏گیرد تا ذوب شود برابر گرمایی است كه جسم از دست می‏دهد تا منجمد شود. بنابراین می‏توان گرمای نهان انجماد را نیز با همان فرمول بیان كرد. همچنین گرمای نهان جوش و گرمای نهان میعان هم یكی است. اما برای اینكه بین انجماد و ذوب یا بین تبخیر و میعان تفاوت قائل شویم یك قرار داده ساده فرض می‌كنیم. هنگامی كه جسم گرما می‏گیرد آنرا با علامت مثبت (+) و وقتی گرما از دست می‏دهد آن را با علامت منفی (-) نشان دهیم بنابراین داریم:

در یك جمع بندی با توجّه به نمودار زیر می‏توان گفت:

با دادن گرمای Q دمای جسم جامد افزایش می‏یابد تا به نقطه ذوببرسد. از این به بعد با دادن گرمای Q_f جسم جامد در دمای ثابتبه مایع تبدیل می‏شود (به عبارتی ذوب می‏شود).

حال با دادن گرمای دمای مایع افزایش می‏یابد تا به نقطه جوش  برسد. در اینجا با دادن گرمای Q_v، مایع در دمای ثابت به گاز تبدیل می‏شود.  اگر فرآیند گرما دادن ادامه یابد دمای گاز افزایش می‏یابد. به طور مثال با گرمای Q₂ به دمای  می‏رسد.

با توجّه به مطلب بالا نمودار گرما (Q) بر حسب دما( ) ، برای تبدیل یك جسم جامد به گاز در سمت راست، رسم شده است.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا