الحرارة الكامنة هي الطاقة التي تمتصها أو تطلقها مادة ما أثناء تغير في حالتها الفيزيائية التي تحدث دون تغيير درجة حرارتها . الحرارة الكامنة المرتبطة في ذوبان مادة صلبة أو تجميد أو سائل تسمى حرارة الانصهار . أما التي ترتبط بتبخير سائل أو صلب أو تكثيف بخار تسمى حرارة التبخر . عادة ما يتم التعبير عن الحرارة الكامنة على أنها كمية الحرارة (بوحدات الجول أو السعرات الحرارية ) لكل مول أو كتلة الوحدة من المادة التي تخضع لتغيير في الحالة.

يتم تعريف الحرارة الكامنة المحددة ( L ) على أنها كمية الطاقة الحرارية (الحرارة ، Q ) التي يتم امتصاصها أو إطلاقها عندما يخضع الجسم لعملية درجة حرارة ثابتة.

معادلة الحرارة الكامنة المحددة هي:

L = Q / m

حيث أن

L هي الحرارة الكامنة المحددة
Q هي الحرارة الممتصة أو المنبعثة
M هي كتلة المادة

أكثر أنواع عمليات درجة الحرارة الثابتة شيوعًا هي تغيرات الطور ، مثل الصهر أو التجميد أو التبخير أو التكثيف. تعتبر الطاقة كامنة لأنها مخفية بشكل أساسي داخل الجزيئات حتى يحدث تغير الطور. إنه محدد لأنه يتم التعبير عنه من حيث الطاقة لكل وحدة كتلة. الوحدات الأكثر شيوعًا للحرارة الكامنة المحددة هي الجول لكل جرام والكيلوجول لكل كيلوجرام .

الحرارة الكامنة المحددة هي خاصية مكثفة للمادة . ولا تعتمد قيمتها على حجم العيّنة أو مكان أخذ العيّنة داخل مادة ما.

تاريخ الحرارة الكامنة

قدّم الكيميائي البريطاني جوزيف بلاك مفهوم الحرارة الكامنة في مكان ما بين عامي 1750 و 1762.
وصف الفيزيائي الإنجليزي جيمس بريسكوت جول الحرارة الكامنة كشكل من أشكال

الطاقة الكامنة

. يعتقد جول أن الطاقة تعتمد على التكوين المحدد للجسيمات في المادة. في الواقع ، إن اتجاه الذرات داخل الجزيء ، وترابطها الكيميائي ، وقطبيتها هي التي تؤثر على الحرارة الكامنة.

أنواع انتقال الحرارة الكامنة

الحرارة الكامنة والحرارة المعقولة نوعان من نقل الحرارة بين الجسم وبيئته. يتم تجميع الجداول للحرارة الكامنة للانصهار والحرارة الكامنة للتبخر. بدورها ، تعتمد الحرارة المعقولة على تكوين الجسم.

الحرارة الكامنة للانصهار هي الحرارة التي يتم امتصاصها أو إطلاقها عند ذوبان المادة ، وتغيير المرحلة من شكل صلب إلى سائل عند درجة حرارة ثابتة.
الحرارة الكامنة للتبخر هي الحرارة التي يتم امتصاصها أو إطلاقها عند تبخر المادة ، وتغيير الطور من السائل إلى الطور الغازي عند درجة حرارة ثابتة.
الحرارة المعقولة على الرغم من أن الحرارة المعقولة غالبًا ما تسمى بالحرارة الكامنة ، إلا أنها ليست حالة درجة حرارة ثابتة ، ولا يتعلق الأمر بتغيير الطور. تعكس الحرارة المعقولة انتقال الحرارة بين المادة ومحيطها. إنها الحرارة التي يمكن الإحساس بها كتغيير في درجة حرارة الجسم.

الحرارة المعقولة و الأرصاد الجوية

في حين تستخدم الحرارة الكامنة للانصهار والتبخير في الفيزياء والكيمياء ، فإن خبراء الأرصاد الجوية ينظرون أيضًا في الحرارة المعقولة. عندما يتم امتصاص الحرارة الكامنة أو إطلاقها ، فإنها تؤدي إلى عدم الاستقرار في الغلاف الجوي ، مما قد يؤدي إلى الطقس القاسي. يغير التغير في الحرارة الكامنة درجة حرارة الأشياء لأنها تتلامس مع الهواء الدافئ أو البارد. كل من الحرارة الكامنة والمعقولة تتسبب في حركة الهواء ، مما ينتج الرياح والحركة لكتل الهواء.

أمثلة عن الحرارة الكامنة و المعقولة

تمتلئ الحياة اليومية بأمثلة للحرارة الكامنة والمعقولة:

يحدث غلي الماء على الموقد عندما يتم نقل الطاقة الحرارية من عنصر التسخين إلى الوعاء وبالتالي إلى الماء. عندما يتم توفير طاقة كافية ، يتمدد الماء السائل لتشكيل بخار الماء ويغلي الماء. يتم إطلاق كمية هائلة من الطاقة عندما يغلي الماء.
يجب امتصاص طاقة كبيرة لتحويل الماء السائل إلى جليد في المجمّد. يزيل الفريزر

الطاقة الحرارية

، مما يسمح بحدوث المرحلة الانتقالية. يحتوي الماء على حرارة اندماج كامنة عالية ، لذا فإن تحويل الماء إلى جليد يتطلب إزالة طاقة أكثر من تجميد الأكسجين السائل إلى أكسجين صلب لكل وحدة جرام.
تتسبب الحرارة الكامنة في زيادة حدة الأعاصير. يسخن الهواء لأنه يعبر الماء الدافئ ويلتقط بخار الماء. عندما يتكثف البخار لتشكيل السحب ، يتم إطلاق الحرارة الكامنة في الغلاف الجوي. تؤدي هذه الحرارة المضافة إلى تسخين الهواء ، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار ومساعدة السحب على الارتفاع والعاصفة.
يتم إطلاق الحرارة المعقولة عندما تمتص التربة الطاقة من ضوء الشمس وتصبح أكثر دفئًا.
يتأثر التبريد عن طريق العرق بالحرارة الكامنة والمعقولة. عندما يكون هناك نسيم ، يكون التبريد التبخيري فعالاً للغاية. تتبدد الحرارة بعيدًا عن الجسم بسبب الحرارة العالية الكامنة لتبخر الماء. ومع ذلك ، يكون التبريد في مكان مشمس أكثر صعوبة مما هو عليه في مكان مظلل لأن الحرارة المعقولة من أشعة الشمس الممتصة تتنافس مع التأثير الناتج عن التبخر.

أشكال الحرارة الكامنة

يتكون ماء المادة الكيميائية من ذرتين هيدروجين مرتبطتين بذرة أكسجين واحدة ، مع صيغة كيميائية من

H2O. يتطلب التغيير في الحالة بين أي مرحلتين من هذه المراحل إما إضافة الطاقة أو ينطوي على إطلاق الطاقة ، اعتمادًا على الاتجاه الذي يحدث فيه التغيير (على سبيل المثال ، من سائل إلى صلب مقابل صلب إلى سائل).
عندما يتم وضع الثلج في محيط دافئ ، تتدفق الطاقة من بيئته إلى الجليد ، مما يزيد من الحركات الداخلية لجزيئات الماء في الهيكل البلوري الصلب. في البداية يسخن الجليد (يزداد في درجة الحرارة) ، ولكن بمجرد أن يصل إلى درجة حرارة معينة (نقطة انصهاره) يبدأ في الذوبان. ويتطلب الانصهار إضافة طاقة.
أثناء الذوبان ، يتم تخزين (امتصاص) الطاقة في نظام جزيئات الماء في السائل كحرارة كامنة. تسمى الحرارة الكامنة المرتبطة بالذوبان الحرارة الكامنة للانصهار. إذا تمت إزالة طاقة كافية لتحويل الماء السائل مرة أخرى إلى جليد أثناء التجمّد ، يتم إطلاق الحرارة الكامنة المخزّنة في جزيئات الماء مرة أخرى إلى المناطق المحيطة كحرارة (تسمى أيضًا الحرارة الكامنة للانصهار).
يمكن أن ينتقل الماء مباشرة من الحالة الصلبة إلى بخار ، وهي عملية التسامي. يتطلب التسامي طاقة من المناطق المحيطة ويخزن الحرارة الكامنة في جزيئات الغاز الحرارة الكامنة للتسامي.
تسمى العملية العكسية ، التي تحول بخار الماء مباشرة إلى جليد ، الترسيب وهي الطريقة الرئيسية لتكوين الثلج.
يعيد الترسيب الحرارة الكامنة إلى البيئة ، ولكن عندما يكون الثلج يتساقط يكون باردًا بما بحيث لن نلاحظ بسهولة أي إضافة للحرارة الكامنة إلى الهواء البارد.
يتطلب التحول من مرحلة سائلة إلى مرحلة بخار (

التبخر

) وهو أيضًا إدخال طاقة من المناطق المحيطة ، كما هو الوضع عند غلي الماء . أثناء التبخر ، تكسر الطاقة المضافة إلى السائل الروابط التي تربط جزيئات الماء معًا مما يسمح للجزيئات بالهروب كغاز.
تتحرك جزيئات الغاز بسرعة ، وبالتالي زادت من الطاقة الحركية وتحمل الطاقة المخزنة كحرارة كامنة. عندما يتم تبريد جزيئات الغاز وإعادة توليفها في سائل ، تتم عملية التكثيف ، ويتم إطلاق الحرارة الكامنة مرة أخرى إلى المناطق المحيطة. الحرارة الكامنة المصاحِبة للتبخر والتكثيف هي الحرارة الكامنة للتبخر.[1]