7 Termofysik: 7.5 Värmekapacitet
Smältvärme och ångbildningsvärme
När ett ämne ändrar tillståndsform, måste det ta emot eller avge energi. Vid smältning eller förångning måste ämnet tillföras energi eftersom molekylerna dras från varandra. Detta kräver både kraft och förflyttning en viss sträcka och detta är ju ett mått på energi. Energin lagras som potentiell energi mellan molekylerna och då ökar den inre potentiella energin i ämnet, även om temperaturen håller sig konstant. Vid de omvända processerna, stelning och kondensation, avger ämnet energi eftersom molekylerna då slår sig samman igen. Då minskar den inre potentiella energin och övergår till kinetisk energi. Detta betyder att då en vätska stelnar eller en gas kondenseras frigörs energin och avges till omgivningen, även om temperaturen är konstant. Se figur #7.29.#
#7.29# När ett ämne skiftar tillståndsform, måste det ta emot eller avge energi. Figuren visar temperaturförloppet när #1 # kg H #2# #0 (# vatten) värms upp med konstant effekt från #-20 # °C till #140 # °C. Temperaturen är konstant lika med #0 # °C när isen smälter, och konstant lika med #100 # °C när vattnet kokar.
Vi har väl alla använt isbitar till att kyla läsken en varm sommardag. När isen smälter är temperaturen konstant. Den värme som åtgår till att smälta isen, tas från omgivningen, det vill säga läsken. Isen tillförs smältvärme. Det behövs värme på #334 # kJ för att smälta #1 # kg is som är #0 # °C. Vi säger att isens smältvärme är #334 # kJ/kg.
Smältvärme
Den värmeenergi som går åt för att överföra massan m av ett ämne från fast form till vätska med samma temperatur, är
Q = Is · m där Is är ämnets smältvärme
Om du glömmer en kastrull med kokande vatten på spisen, kommer vattentemperaturen att vara konstant lika med #100 # °C tills allt vattnet har kokat bort, det vill säga förångats. Det behövs en värme på #2,26 # MJ för att förånga #1 # kg vatten vid #100 # °C och #1 # atm tryck. Vi säger att vattnets ångbildningsvärme är #2,26 # MJ/kg.
Ångbildningsvärme
Den värmeenergi som går åt för att överföra massan m av ett ämne från vätska till ånga med samma temperatur, är
Q = lå · m där lå är ämnets ångbildningsvärme
Vätskor med stor ångbildningsvärme används i kylutrustningar. Ett kylskåp använder en vätska som har låg kokpunkt och som förångas i rör inne i kylskåpet. Ångbildningsvärmet tas från luften och matvarorna inne i kylskåpet, och de avkyls därför.