Latentna toplota

**Latentna toplota** (također poznata kao **latentna energija** ili **toplota transformacije**) je energija koju oslobađa ili apsorbuje tijelo ili termodinamički sistem tokom procesa na konstantnoj temperaturi - obično faznog prelaza prvog reda, poput topljenja ili kondenzacije.

Latentna toplota se može shvatiti kao skrivena energija koja se dovodi ili ekstrahuje da bi se promijenilo stanje supstance bez promjene njene temperature ili pritiska. To uključuje latentnu toplotu fuzije (iz čvrstog u tečno stanje), latentnu toplotu isparavanja (iz tečnog u plinovito stanje) i latentnu toplotu sublimacije (iz čvrstog u plinovito stanje).

Termin je uveo oko 1762. godine škotski hemičar Joseph Black. Black je koristio termin u kontekstu kalorimetrije gdje je prijenos toplote uzrokovao promjenu volumena tijela dok je njegova temperatura bila konstantna.

Za razliku od latentne toplote, osjetna toplota je energija prenesena kao toplota, sa rezultirajućom promjenom temperature tijela.

## Upotreba
Termini „osjetna toplota“ i „latentna toplota“ odnose se na energiju koja se prenosi između tijela i njegove okoline, definiranu pojavom ili nepojavljivanjem promjene temperature; oni zavise od svojstava tijela. Osjetna toplota se osjeća u procesu kao promjena temperature tijela. Latentna toplota je energija koja se prenosi u procesu bez promjene temperature tijela, na primjer, u promjeni faze (čvrsto/tečno/gasovito).

I osjetna i latentna toplota se opažaju u mnogim procesima prijenosa energije u prirodi. Latentna toplota je povezana s promjenom faze atmosferske ili okeanske vode, isparavanjem, kondenzacijom, smrzavanjem mili topljenjem, dok je osjetna toplota prenesena energija koja je evidentna u promjeni temperature atmosfere ili okeana, ili leda, bez tih promjena faze, iako je povezana s promjenama pritiska i zapremine.

Prvobitna upotreba termina, kako ju je uveo Black, primijenjena je na sisteme koji su namjerno održavani na konstantnoj temperaturi. Takva upotreba se odnosila na „latentnu toplotu širenja“ i nekoliko drugih srodnih latentnih toplota. Ove latentne toplote su definisane nezavisno od konceptualnog okvira termodinamike.

Kada se tijelo zagrijava na konstantnoj temperaturi toplinskim zračenjem u mikrovalnom polju, naprimjer, ono se može proširiti za količinu opisanu njegovom „latentnom toplotom u odnosu na volumen“ ili „latentnom toplotom širenja“, ili povećati svoj pritisak za količinu opisanu njegovom „latentnom toplotom u odnosu na pritisak“.

Latentna toplota je energija koju tijelo ili termodinamički sistem oslobađa ili apsorbuje tokom procesa na konstantnoj temperaturi. Dva uobičajena oblika latentne toplote su latentna toplota fuzije (topljenje) i latentna toplota isparavanja (ključanje). Ovi nazivi opisuju smjer protoka energije pri prelasku iz jedne faze u drugu: iz čvrste u tečnu i iz tečne u gasovitu.

U oba slučaja promjena je endotermna, što znači da sistem apsorbuje energiju. Naprimjer, kada voda isparava, potreban je unos energije da bi molekule vode savladale sile privlačenja između sebe i izvršile prelazak iz vode u paru.

Ako se para zatim kondenzuje u tečnost na površini, tada se latentna energija pare apsorbovana tokom isparavanja oslobađa kao osjetna toplota tečnosti na površinu.

Velika vrijednost entalpije kondenzacije vodene pare je razlog zašto je para daleko efikasniji medij za zagrijavanje od ključale vode i opasnija je.

### Meteorologija
U meteorologiji, latentni toplotni fluks je fluks energije sa Zemljine površine u atmosferu koji je povezan sa isparavanjem ili transpiracijom vode na površini i naknadnom kondenzacijom vodene pare u troposferi. To je važna komponenta energetskog budžeta Zemljine površine. Latentni toplotni fluks se obično mjeri tehnikom Bowenovog omjera, ili u novije vrijeme od sredine 1900-ih metodom vrtložne kovarijanse.

## Historija
### Pozadina 
#### Evaporacijsko hlađenje 
thumb|190x190px|William Cullen
U 1748., U časopisu *Edinburški fizički i književni eseji* objavljen je izvještaj o eksperimentu škotskog ljekara i hemičara Williama Cullena. Cullen je koristio zračnu pumpu za snižavanje pritiska u posudi s dietil-eterom. Eteru nije oduzimana toplota, ali je ključao, ali se njegova temperatura smanjivala. I 1758. godine, jednog toplog dana u Cambridgeu, u Engleskoj, Benjamin Franklin i kolega naučnik John Hadley eksperimentisali su tako što su kontinuirano vlažili kuglu živinog termometra etrom i koristili mijeh za isparavanje etera. Sa svakim sljedećim isparavanjem, termometar je očitavao nižu temperaturu, na kraju dostižući 7&nbsp;°F. Drugi termometar je pokazao da je temperatura prostorije konstantna na 65&nbsp;°F. U svom pismu *Hlađenje isparavanjem*, Franklin je primijetio da se "Može vidjeti mogućnost smrzavanja čovjeka do smrti tokom toplog ljetnog dana."

### Latentna toplota 
thumb|196x196px|Joseph Black
Engleska riječ *latent* potiče iz latinskog *latēns*, što znači *ležati skriven*. Termin "latentna toplota" uveden je u kalorimetriju oko 1750. godine od strane Joseph Black, kojeg su angažovali proizvođači škotskog viskija u potrazi za idealnim količinama goriva i vode za njihov proces destilacije kako bi proučavali promjene u sistemu, kao što su volumen i pritisak, kada se termodinamički sistem drži na konstantnoj temperaturi u termalnoj kupki.

Bilo je poznato da kada temperatura zraka poraste iznad tačke smrzavanja - on tada postaje očigledan izvor toplote – snijeg se topi vrlo sporo, a temperatura otopljenog snijega je blizu tačke smrzavanja. Također je uspio pokazati da tekućina oslobađa toplotu tokom smrzavanja; opet, mnogo više nego što se moglo objasniti samo smanjenjem njene temperature.

Black bi uporedio promjenu temperature dvije identične količine vode, zagrijane na identičan način, od kojih je jedna, recimo, otopljena iz leda, dok je druga zagrijana iz samo hladnog tečnog stanja. Upoređujući rezultirajuće temperature, mogao bi zaključiti da je, naprimjer, temperatura uzorka otopljenog iz leda bila 140&nbsp;°F niža od drugog uzorka, te je topljenjem leda apsorbovalo 140 "stepeni toplote" koje termometar nije mogao izmjeriti, a trebalo ih je dovesti, te je stoga bio "latentan" (skriven). Black je također zaključio da se onoliko latentne toplote koliko je uvedeno u ključanje destilata (čime se dobija potrebna količina goriva) mora apsorbovati i za njegovu ponovnu kondenzaciju (čime se dobija potrebna voda za hlađenje).

#### Kvantificiranje latentne toplote 
U 1762., Black je objavio sljedeće istraživanje i rezultate društvu profesora na Univerzitetu u Glasgowu. Black je stavio jednake mase leda na 0&nbsp;°C (32&nbsp;°F) i vode na 0,6&nbsp;°C (33&nbsp;°F) respektivno u dvije identične, dobro odvojene posude. Voda i led su bili ravnomjerno zagrijani na 40&nbsp;°F zrakom u prostoriji, koji je imao konstantnih 8&nbsp;°C (47&nbsp;°F). Voda je stoga primila 40–33=7 "stepeni toplote". Led je zagrijavan 21 put duže i stoga je primio 7×21=147 "stepeni toplote".

Black je zatim pokazao da je potrebna temperatura vode od 176&nbsp;°F, da bi se otopila jednaka masa leda sve dok ne dostigne temperaturu od 32&nbsp;°F. Dakle, sada se čini da je potrebno 176–32 = 144 "stepena toplote" da bi se otopio led. Moderna vrijednost za toplotu topljenja leda bila bi 143 "stepena toplote" na istoj skali (79,5 "stepeni toplote Celzijusa").

Konačno, Black je povećao temperaturu mase vode, a zatim ispario jednaku masu vode ravnomjernim zagrijavanjem. Pokazao je da je za isparavanje potrebno 830 "stepeni toplote"; opet na osnovu potrebnog vremena. Moderna vrijednost toplote isparavanja vode bila bi 967 "stepeni toplote" na istoj skali.

### James Prescott Joule 
Kasnije je James Prescott Joule okarakterizirao latentnu energiju kao energiju interakcije u datoj konfiguraciji čestica, tj. oblik potencijalne energije, a osjetnu toplotu kao energiju koju je pokazivao termometar, povezujući ovo drugo sa toplotnom energijom.

## Specifična latentna toplota
„Specifična“ latentna toplota („L“) izražava količinu energije u obliku toplote („Q“) potrebnu za potpunu faznu promjenu jedinice mase („m“), obično , supstance kao intenzivno svojstvo:
:L = \frac {Q}{m}.
Intenzivna svojstva su karakteristike materijala i ne zavise od veličine ili obima uzorka. U literaturi se često navode i tabelarno prikazuju specifična latentna toplota topljenja i specifična latentna toplota isparavanja za mnoge supstance.

Iz ove definicije, latentna toplota za datu masu supstance izračunava se kao
:Q = {m}  {L}
gdje:
:*Q* je količina energije oslobođene ili apsorbirane tokom promjene faze supstance (u kJ ili u BTU),
:*m* je masa supstance (u kg ili u lb), i
:*L* je specifična latentna toplota za određenu supstancu (u kJ&nbsp;kg−1 ili u BTU&nbsp;lb−1), bilo *L*f za fuziju, ili *L*v za isparavanje.

## Tabela specifičnih latentnih toplota
Sljedeća tabela prikazuje specifične latentne toplote i promjenu faznih temperatura (pri standardnom pritisku) nekih uobičajenih fluida i plinova.

## Specifična latentna toplota za kondenzaciju vode u oblacima
Specifična latentna toplota kondenzacije vode u temperaturnom rasponu od −25&nbsp;°C do 40&nbsp;°C aproksimira se sljedećom empirijskom kubnom funkcijom:
:L_\text{water}(T) \approx \left(2500.8 - 2.36 T + 0.0016 T^2 - 0.00006 T^3\right)~\text{J/g},

gdje se temperatura T uzima kao numerička vrijednost u °C.

Za sublimaciju i taloženje iz i u led, specifična latentna toplota je gotovo konstantna u temperaturnom rasponu od -40&nbsp;°C do 0&nbsp;°C i može se aproksimirati sljedećom empirijskom kvadratnom funkcijom:
:L_\text{ice}(T) \approx \left(2834.1 - 0.29 T - 0.004 T^2\right)~\text{J/g}.

## Varijacija s temperaturom (ili pritiskom))
[class=skin-invert-image|thumb|280px| Temperaturna zavisnost toplota isparavanja za vodu, [metanol, benzen i aceton. Kako temperatura (ili pritisak) raste do kritične tačke, latentna toplota isparavanja pada na nulu.

## Također pogledajte
*Bowenov omjer
*Edijeva kovarijansa fluks (virunska korelacija, virunski fluks)
*Sublimacija (fizika)
*Specifični toplotni kapacitet
*Entalpija fuzije
*Entalpija isparavanja
*Tona hlađenja – snaga potrebna za zamrzavanje ili topljenje 2000&nbsp;lb vode u 24 sata

## Napomene
## Reference
## Vanjski linkovi
Kategorija:Termohemija
Kategorija:Atmosferska termodinamika
Kategorija:Termodinamika
Kategorija:Fizikalni fenomeni