Nhiệt học

Sự nóng chảy, hóa hơi, ngưng tụ

Khi chuyển thể, chất nhận hoặc tỏa nhiệt ẩn; nhiệt độ tinh khiết thường không đổi trong quá trình chuyển thể ở áp suất cố định.

Nước đá có thể nóng chảy thành nước lỏng; nước lỏng hóa hơi thành khí; hơi có thể ngưng tụ trở lại thành lỏng. Năng lượng trao đổi làm đổi cấu trúc và khoảng cách phân tử, không nhất thiết làm nhiệt độ đổi.

Đường cong đun nóng

Khi đun nước đá ở áp suất gần 1 atm, nhiệt độ nước đá tăng đến 0 °C; trong lúc nóng chảy nhiệt độ gần như giữ nguyên. Nước lỏng sau đó nóng lên đến điểm sôi; khi hóa hơi, nhiệt tiếp tục được cung cấp dù nhiệt độ gần như không đổi.

Trắc nghiệm nhanh

Trong khi nước đá đang nóng chảy ở áp suất thường, nhiệt độ hỗn hợp gần như giữ ở 0 °C dù vẫn nhận năng lượng. Nhiệt lượng ấy dùng để phá vỡ một phần liên kết và sắp xếp lại các phân tử; sau khi tan hết, năng lượng bổ sung mới làm nước lỏng nóng lên. Tương tự, khi nước sôi, năng lượng hóa hơi làm các phân tử thoát khỏi pha lỏng. Với khối lượng $m$, nhiệt nóng chảy hoặc hóa hơi được tính từ $Q=mL$, trong đó $L$ phụ thuộc chất và quá trình. Khi ngưng tụ, một lượng nhiệt tương ứng được giải phóng ra môi trường. Trên đồ thị nhiệt độ theo thời gian, đoạn nằm ngang có thể đánh dấu chuyển thể khi áp suất không đổi và chất tinh khiết. Không áp dụng đồng thời $Q=mc\Delta T$ cho đúng đoạn chuyển thể; nếu bài toán có nhiều giai đoạn, tính riêng nhiệt làm đổi nhiệt độ và nhiệt chuyển thể rồi cộng lại.

Với 0,10 kg nước đá ở 0 °C và $L_f=334$ kJ/kg, nhiệt để làm tan hết là $Q=mL_f=33,4$ kJ. Nếu tiếp tục đun sau đó, phải tính riêng nhiệt làm nước tăng nhiệt độ. Trong bài toán thực, áp suất có thể làm thay đổi nhiệt độ sôi, còn tạp chất có thể làm thay đổi nhiệt độ nóng chảy.