熱、溫度與熱能

潛熱

潛熱是物質在改變狀態時(熔化、沸騰、凝固或凝結)吸收或釋放、但溫度卻完全不變的「隱藏」熱量。把溫度計插進一杯冰水裡攪拌:儘管熱不斷灌入,只要冰還在熔化,溫度就頑固地停在 0°C。那些熱都用在相變上,而不是拿去升高溫度。

改變質量為 m 的物質狀態所需的能量為 Q = m L,其中 L 是潛熱,是物質與該特定相變的一種性質。熔化潛熱對應熔化與凝固;汽化潛熱對應沸騰與凝結。在相變過程中,進來的能量用於打斷維繫粒子的鍵結,而不是讓它們跑得更快,這正是溫度能保持不變的原因。對水而言,熔化潛熱 ≈ 334 kJ/kg,汽化潛熱 ≈ 2260 kJ/kg。

潛熱解釋了為什麼流汗能降溫(蒸發的汗帶走了汽化潛熱),也解釋了為什麼被蒸氣燙傷比被熱水燙傷嚴重得多:當蒸氣在皮膚上凝結,會一口氣把龐大的汽化潛熱全部釋放出來,之後才再加上冷卻放出的熱。熔化或沸騰時溫度維持不變,正是潛熱在起作用的標誌。

把 1 kg、0°C 的冰熔化成 0°C 的水,需要 Q = m L = 1 × 334000 = 334000 焦耳——這和把同樣能量加進液態水、使其溫度升高約 80°C 所需的能量一模一樣。

熔化冰塊會在溫度不變下吸收大量能量——那份能量就是熔化潛熱。

相變過程中溫度不會改變:潛熱用於打斷或形成分子鍵結,而非加快粒子運動——被蒸氣燙傷之所以嚴重,正是因為凝結的蒸氣釋放出大量潛熱。

又稱
heat of transformationL潛熱