相變與臨界現象

潛熱

攪一攪一杯冰水,量一量溫度:只要還有冰在,它就頑固地停在 0°C 一動不動,哪怕是在溫暖的房間裡。熱量分明在從房間裡源源流入,溫度計卻對它視而不見。那些熱量去哪兒了?它們正被悄悄吞下去,用來融化冰。這種藏起來、對溫度不作聲的能量,就叫潛熱。

潛熱是物質要穿過一次一級相變(比如熔化或沸騰)而溫度毫不改變時,必須吸收或釋放的能量。這能量並不讓分子動得更快——相反,它被用去打斷或形成把某個相維繫在一起的鍵,把物質從一種形態重排成另一種。要融化冰,你必須付出能量去鬆開晶體;當水結冰時,同樣的這份能量又被交還給周圍環境。

潛熱在日常生活和工程中舉足輕重:它正是為什麼蒸汽燙傷遠比開水嚴重、為什麼出汗能讓你涼快下來,以及冰箱和熱泵如何把熱量搬來搬去的道理。「潛」字意為隱藏,而這正是要點——這份能量真實而巨大,卻躲過了溫度計,因為它支付的是重排的費用,而不是升溫的費用。關鍵在於:只有一級相變才有潛熱;連續相變則沒有。

100°C 的蒸汽,比 100°C 的水燙傷要嚴重得多,儘管溫度相同。原因正是潛熱:當蒸汽碰到你的皮膚、凝結回水時,它把自己那一大份潛熱一下子全傾倒出來,送出的能量衝擊遠比單單熱水所能給的要大得多。

蒸汽比開水燙得更厲害,因為凝結時會在接觸瞬間釋放出大量潛熱。

潛熱的有無,是區分一級相變和連續相變最乾淨俐落的辦法。如果在變化期間,能量是在固定溫度下被吸收或釋放的,那就是一級相變;如果不是,那就是連續相變。沸騰有潛熱;磁鐵失去磁性則沒有。

又稱
heat of transformation相变潜热