گرمای نهان در مقابل گرمای ویژه
گرمای نهان
وقتی یک ماده دچار تغییر فاز می شود، انرژی جذب یا به صورت گرما آزاد می شود. گرمای نهان گرمایی است که در طی تغییر فاز از یک ماده جذب یا آزاد می شود. این تغییرات حرارتی با جذب یا آزاد شدن باعث تغییر دما نمی شود. دو شکل گرمای نهان عبارتند از گرمای نهان همجوشی و گرمای نهان تبخیر. گرمای نهان همجوشی در حین ذوب یا انجماد و گرمای نهان تبخیر در هنگام جوشش یا متراکم شدن صورت می گیرد. تغییر فاز هنگام تبدیل گاز به مایع یا مایع به جامد، گرما (گرماداز) آزاد می کند.تغییر فاز وقتی از جامد به مایع یا مایع به گاز تبدیل می‌شود، انرژی/گرما (گرماداز) را جذب می‌کند. به عنوان مثال، در حالت بخار، مولکول های آب بسیار پرانرژی هستند و هیچ نیروی جاذبه بین مولکولی وجود ندارد. آنها به عنوان یک مولکول آب در اطراف حرکت می کنند. در مقایسه با این، مولکول های آب حالت مایع انرژی پایینی دارند. با این حال، برخی از مولکول های آب در صورتی که انرژی جنبشی بالایی داشته باشند، قادر به فرار به حالت بخار هستند. در دمای معمولی، تعادل بین حالت بخار و حالت مایع مولکول های آب وجود خواهد داشت. هنگام حرارت دادن، در نقطه جوش بیشتر مولکول های آب به حالت بخار رها می شوند. بنابراین، هنگامی که مولکول های آب در حال تبخیر هستند، پیوندهای هیدروژنی بین مولکول های آب باید شکسته شود. برای این کار به انرژی نیاز است و این انرژی به عنوان گرمای نهان تبخیر شناخته می شود. برای آب، این تغییر فاز در 100 oC (نقطه جوش آب) رخ می دهد. با این حال، وقتی این تغییر فاز در این دما اتفاق می افتد، انرژی گرمایی توسط مولکول های آب جذب می شود تا پیوندها را بشکند، اما دما را بیشتر افزایش نمی دهد.
گرمای نهان خاص یعنی مقدار انرژی گرمایی مورد نیاز برای تبدیل یک فاز به فاز دیگر از یک واحد جرم یک ماده.
گرمای ویژه
ظرفیت گرمایی به مقدار ماده بستگی دارد. گرمای ویژه یا ظرفیت گرمایی ویژه (ها) ظرفیت گرمایی است که مستقل از مقدار مواد است. می توان آن را به عنوان مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای یک گرم از یک ماده به اندازه یک درجه سانتیگراد (یا یک کلوین) در فشار ثابت تعریف کرد. واحد گرمای ویژه Jg-1oC-1 است گرمای ویژه آب با مقدار 4.186 Jg بسیار زیاد است. -1oC-1 به این معنی است که برای افزایش دما ۱ oC از ۱ گرم آب، انرژی گرمایی ۴.۱۸۶ ژول لازم است. این ارزش بالا برای نقش آب در تنظیم حرارتی مواجه است. برای یافتن گرمای مورد نیاز برای افزایش دما از t1 به t2 جرم معینی از یک ماده می توان از معادله زیر استفاده کرد.
q=m x s x ∆t
q=گرمای مورد نیاز
m=جرم ماده
∆t=t1-t2
اما اگر واکنش شامل تغییر فاز باشد، معادله بالا اعمال نمی شود. به عنوان مثال، زمانی که آب به فاز گاز می رود (در نقطه جوش) یا زمانی که آب یخ می زند و یخ ایجاد می کند (در نقطه ذوب) اعمال نمی شود. دلیل آن این است که گرمای اضافه یا حذف شده در طول تغییر فاز، دما را تغییر نمی دهد.
تفاوت بین گرمای نهان و گرمای ویژه چیست؟
• گرمای نهان انرژی جذب یا آزاد شده زمانی است که یک ماده در حال تغییر فاز است. گرمای ویژه مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای یک گرم از یک ماده به اندازه یک درجه سانتیگراد (یا یک کلوین) در فشار ثابت است.
• وقتی یک ماده در حال تغییر فاز است، گرمای ویژه اعمال نمی شود.
• گرمای خاص باعث تغییر دما می شود در حالی که در گرمای نهان تغییر دما وجود ندارد.
