「潜在的」という用語は、隠されている、または見えていないことを意味します。したがって、温度を上げることなく物質の相を変化させるために必要なエネルギーは、潜熱と呼ばれます。
朝のコーヒーのためにやかんの水を加熱しているときに、与えられた熱がどうなるか疑問に思ったことはありませんか?沸騰したお湯にふたをしたときの泡立ちや、蒸気のたまり方について考えたことはありますか？そうでない場合は、冷凍庫から取り出したときに角氷が溶けているのを見たことがあるでしょう。しかし、これらの定期的な出来事の背後にある科学的原則は何ですか?調べてみましょう!
冷凍庫から取り出すと溶ける角氷 (写真提供:r.classen/Shutterstock)
潜熱は、物質の相変化に関係しています。具体的には、固体、気体、液体の間で相が変化するときに物質から放出または吸収されるエネルギーとして定義できます。システム全体の温度を上げることなく、物質に供給または物質から抽出される隠れたエネルギーでもあります。
潜熱とは?
潜熱の詳細に入る前に、まずエネルギーそのものを見てみましょう。固体、液体、気体のすべての物質は、2 種類のエネルギーで構成されています。 1 つは粒子の運動による運動エネルギーで、もう 1 つはシステム内のこれらの粒子の位置に対応するポテンシャル エネルギーです。
さまざまな物質のもう 1 つの興味深い点は、相によって構造が異なることです。
たとえば、水について考えてみましょう。固相では氷として知られていますが、気体では蒸気として知られています。氷の中の水の分子は互いに非常に接近しており、これはその明確な形状に対応しています。また、氷の中では分子同士がより強い結合をしているため、運動エネルギーも非常に小さくなっています。一方、水の分子は蒸気の状態では非常に離れているため、蒸気相の分子の運動エネルギーは最大になります。
物質の 3 つの状態における原子の配置 (写真提供:Akarat Phasura/Shutterstock)
温度を上げることなく物質の相を変化させるために必要な熱は、潜熱と呼ばれます .文字通り、潜在という用語は隠されていることを意味します。したがって、このエネルギーは、相変化が発生するまで分子内に隠されています。注意を払っていれば、水の場合、熱は相変化を引き起こすのに十分です.鍋に水を入れてガスコンロのスイッチを入れても、すぐに水が沸騰するわけではありません。代わりに、数分経つと泡が立ち始め、鍋に蓋をするとすぐに蒸気で覆われます。
融解潜熱
グラス2杯のソーダを考えてみましょう。グラス A に冷たいソーダが入っていて、グラス B に角氷が入ったソーダが入っている場合、どちらがより長く冷えたままになりますか?明らかに、ガラス B です。ここで、融解の潜熱が作用します。これは、固体を液体に、またはその逆に変換するのに必要な熱として定義されます。言及すべき重要な点の 1 つは、この変化は温度を変えなくても起こるということです。
固体を液体に変換しようとすると、系に熱を加える必要があります。一方、液体が固体になろうとするときは、融解潜熱が発生します。
氷の融解潜熱は、氷の比熱よりもはるかに高いため、飲み物を長時間冷たく保つことができます。さらに、氷と水中の潜熱の値が高いことも、雪がゆっくりと溶ける原因となっています!
固体が液体に変化し、次に気体に変化するときに熱が発生し、反対方向に放出されます (写真提供者:Fouad A. Saad/Shutterstock)
蒸発潜熱
熱湯の入った鍋にかがむなとお母さんがいつも警告していたのはなぜだろうと思ったことはありませんか?明らかに、彼女はあなたに火傷を負わせたくありませんでした！しかし、それは潜熱と何の関係があるのでしょうか?興味深いことに、気化潜熱は、液体を蒸気に、またはその逆に変換するために必要なエネルギー量です。
前述したように、水は膨大な量の潜熱を保持できます。熱湯によるやけどに比べて、蒸気やけどの危険性が高いとされているのは、気化潜熱によるものです。これは、蒸気が人の手をやけどすると、凝縮し始めるためです。したがって、より多くの この結露のエネルギーは、熱湯にはありません。結論として、蒸気水火傷はこの相変化のために非常に危険です。
温度が変化しない場合、加えられた熱はどこに行きますか?
とても論理的な質問です！この記事全体を通して、潜熱は温度の変化をもたらさないと述べてきましたが、では、鍋に水を入れても温度がすぐに上がらないのはなぜですか?
この質問に対する最も簡単な答えは、適用する熱が最初に媒体の結合を破壊して相を変化させるために利用されるということです。水中の粒子は互いに非常に接近しているため、外部の熱が結合を破壊し、運動エネルギーを増加させ、液体を蒸気に変換します!
