Τι είναι η Αισθητή και η Λανθάνουσα Θερμότητα;

Αισθητή και Λανθάνουσα Θερμότητα: Τι Συμβαίνει Πραγματικά;

Ας σκεφτούμε το εξής: Βάζετε μια κατσαρόλα με νερό στη φωτιά και την ανάβετε. Το νερό αρχίζει να ζεσταίνεται σιγά σιγά, σωστά; Μάλιστα, μετά από λίγο αρχίζουν να ακούγονται μικροί ήχοι από τον πάτο. Αν μετρήσετε με θερμόμετρο, θα δείτε τη θερμοκρασία να ανεβαίνει σταθερά στους 20, 30, 50, 80 βαθμούς. Μέχρι εδώ όλα είναι εντάξει και αρκετά λογικά. Δίνετε ενέργεια και σε αντάλλαγμα αυξάνεται η θερμοκρασία. Αυτό που βλέπουμε και αισθανόμαστε το ονομάζουμε αισθητή θερμότητα. Όπως λέει και το όνομά της, γίνεται αισθητή και μπορεί να μετρηθεί!

Αλλά… Τα πράγματα αλλάζουν εντελώς όταν το νερό φτάσει τους 100 βαθμούς. Το νερό δεν ζεσταίνεται πλέον απλώς, αρχίζει να βράζει και να εξατμίζεται, αλλά το θερμόμετρο παραμένει πεισματικά σταθερό στους 100 βαθμούς. Ακόμα κι αν ανοίξετε τη φωτιά στο τέρμα, η θερμοκρασία δεν θα γίνει 101 βαθμοί. Λοιπόν, ενώ η φωτιά είναι αναμμένη και συνεχίζετε να δίνετε ενέργεια, πού πηγαίνει αυτή η ενέργεια; Μήπως εξατμίζεται; Ακριβώς! Η ενέργεια, αντί να αυξάνει τη θερμοκρασία, χρησιμοποιείται για μια πολύ πιο μυστηριώδη δουλειά.

Το όνομα του ήρωα πίσω από αυτό το μυστηριώδες γεγονός: λανθάνουσα θερμότητα.

Αισθητή Θερμότητα: Αυτό που μας Λέει το Θερμόμετρο

Αυτό είναι το πιο απλό μέρος της υπόθεσης. Όταν δίνετε ενέργεια σε μια ουσία, τα μόρια αυτής της ουσίας αρχίζουν να κινούνται πιο γρήγορα. Μπορείτε να το σκεφτείτε σαν τους ανθρώπους σε ένα ήσυχο δωμάτιο που αρχίζουν να χορεύουν όταν παίζει μουσική. Όταν έρχεται η ενέργεια (μουσική), τα μόρια (άνθρωποι) δεν μπορούν να μείνουν ακίνητα! Εμείς αισθανόμαστε αυτή την κινητικότητα ως “θέρμανση”. Όταν αφαιρείτε την ενέργεια, τα μόρια επιβραδύνονται και η ουσία “κρυώνει”.

Το εσωτερικό ενός αυτοκινήτου που έχει μείνει στον ήλιο και έχει ζεσταθεί πολύ.

Η άμμος που καίει τα πόδια μας όταν περπατάμε στην παραλία το καλοκαίρι.

Ένα ποτό που τοποθετείται στο ψυγείο και κρυώνει μετά από λίγο.

Το δωμάτιο που ζεσταίνεται όταν ανοίγουμε το καλοριφέρ.

Όλα αυτά είναι υπέροχα παραδείγματα αισθητής θερμότητας (sensible heat).

Λανθάνουσα Θερμότητα: Εδώ Αρχίζει η Πραγματική Μαγεία

Η λανθάνουσα θερμότητα (latent heat) είναι εκεί που τα πράγματα γίνονται λίγο πιο ενδιαφέροντα. Αυτή η ενέργεια, αντί να αυξάνει τη θερμοκρασία, χρησιμοποιείται απευθείας για να αλλάξει την κατάσταση της ουσίας. Δηλαδή, αντί να αυξάνει την ταχύτητα των μορίων, δαπανάται για να σπάσει τους δεσμούς που τα κρατούν μαζί ή να δημιουργήσει νέους. Γι’ αυτό ονομάζεται “λανθάνουσα”, επειδή το θερμόμετρο δεν μπορεί με κανέναν τρόπο να δει αυτή την ενέργεια! Είναι σαν η ουσία να έχει μια κρυφή υπερδύναμη που εμφανίζεται μόνο στις στιγμές μετασχηματισμού.

Συνήθως συναντάμε δύο τύπους:

Το Φαινόμενο της Τήξης

Είναι η ενέργεια που απαιτείται για να μετατραπεί μια στερεά ουσία σε υγρή. Φανταστείτε ένα ποτήρι με παγωμένο νερό. Η θερμοκρασία του νερού παραμένει σταθερή στους μηδέν βαθμούς μέχρι να λιώσουν εντελώς τα παγάκια. Όλη η θερμότητα από το περιβάλλον χρησιμοποιείται για να σπάσει τη σκληρή κρυσταλλική δομή του πάγου και να μετατρέψει τα μόρια σε υγρή κατάσταση όπου μπορούν να γλιστρούν το ένα πάνω στο άλλο. Το αντίστροφο ισχύει επίσης! Όταν το νερό παγώνει, απελευθερώνει αυτή τη “λανθάνουσα θερμότητα” προς τα έξω. Αυτός είναι ο λόγος που οι αγρότες ψεκάζουν νερό πάνω στα φυτά τις κρύες νύχτες για να τα προστατεύσουν από το πάγωμα. Το νερό που παγώνει εκπέμπει θερμότητα στο περιβάλλον του, προστατεύοντας προσωρινά το φυτό.

Το Φαινόμενο της Εξάτμισης

Αυτή είναι μια διαδικασία που απαιτεί πολύ περισσότερη ενέργεια! Είναι η ενέργεια που απαιτείται για τη μετατροπή ενός υγρού σε αέριο. Αυτός είναι ο λόγος που το νερό στην κατσαρόλα παραμένει σταθερό στους 100 βαθμούς. Όλη αυτή η επιπλέον ενέργεια που δίνετε δαπανάται για να αποχωρίσει εντελώς τα μόρια του νερού μεταξύ τους και να τα μετατρέψει σε ελεύθερα ιπτάμενο ατμό. Και αυτό απαιτεί πολύ περισσότερη ενέργεια από την τήξη! Επειδή πρέπει όχι απλώς να χαλαρώσετε τα μόρια, αλλά να τα απελευθερώσετε εντελώς.

Πόσο Ισχυρή είναι η Λανθάνουσα Θερμότητα; Ας Δούμε Μερικά Παραδείγματα

Γιατί Δροσιζόμαστε Όταν Ιδρώνουμε; Το σώμα μας είναι στην πραγματικότητα ένα υπέροχο σύστημα! Όταν ιδρώνουμε, οι σταγόνες νερού στο δέρμα μας χρειάζονται ενέργεια για να εξατμιστούν. Παίρνουν αυτή την ενέργεια από το ζεστό σώμα μας. Καθώς ο ιδρώτας εξατμίζεται, παίρνει μαζί του θερμότητα από το σώμα μας και εμείς αισθανόμαστε μια δροσιά. Ο λόγος που αισθανόμαστε αυτό το αποτέλεσμα περισσότερο σε καιρό με αέρα είναι ότι ο άνεμος επιταχύνει την εξάτμιση και αφαιρεί θερμότητα από το σώμα μας πιο γρήγορα.

Γιατί ο Ατμός Καίει Χειρότερα από το Νερό;

Αν και το νερό στους 100 βαθμούς και ο ατμός στους 100 βαθμούς φαίνονται να έχουν την ίδια θερμοκρασία, ο ατμός είναι πολύ πιο επικίνδυνος. Επειδή όταν ο ατμός αγγίζει το δέρμα σας και μετατρέπεται ξανά σε νερό, απελευθερώνει ξαφνικά αυτή την τεράστια “λανθάνουσα θερμότητα” που έχει αποθηκεύσει. Είναι σαν να αφήνει ένα πακέτο ενέργειας! Δηλαδή, δεν απελευθερώνει μόνο τη θερμοκρασία των 100 βαθμών, αλλά και την τεράστια επιπλέον ενέργεια που απαιτείται για αυτή την αλλαγή φάσης στο δέρμα σας. Γι’ αυτό το έγκαυμα που προκαλεί μπορεί να είναι χειρότερο.

Το Καύσιμο των Τυφώνων

Το νερό που εξατμίζεται από τους ωκεανούς μεταφέρει τεράστιες ποσότητες λανθάνουσας θερμότητας στην ατμόσφαιρα. Τι συμβαίνει όταν αυτός ο υγρός αέρας κρυώνει ψηλά; Συμπυκνώνεται ξανά σχηματίζοντας βροχή. Κατά τη διάρκεια αυτής της συμπύκνωσης, η αποθηκευμένη απίστευτη ενέργεια απελευθερώνεται πίσω στην ατμόσφαιρα. Ο κινητήρας που τροφοδοτεί τις καταιγίδες είναι ακριβώς αυτή η ενέργεια! Μπορούμε να σκεφτούμε έναν τυφώνα σαν ένα γιγάντιο τέρας που ξοδεύει σε λίγες μέρες τη λανθάνουσα θερμότητα που ο ωκεανός συσσώρευσε για εβδομάδες.

Εν Συντομία, Τι Συμβαίνει;

Συνοψίζοντας, η αισθητή θερμότητα και η λανθάνουσα θερμότητα είναι σαν δύο διαφορετικές όψεις της ίδιας ενέργειας. Η μία αλλάζει τη θερμοκρασία των πραγμάτων, ενώ η άλλη αλλάζει την ταυτότητά τους και τα μετατρέπει από τη μία κατάσταση στην άλλη.

Την επόμενη φορά που θα δείτε έναν βραστήρα που βράζει, όταν παρακολουθείτε τον καθρέφτη να θολώνει μετά το μπάνιο ή όταν παρατηρείτε μια λακκούβα νερού να στεγνώνει αργά μια ζεστή μέρα, μην βλέπετε απλώς ένα απλό γεγονός. Θυμηθείτε ότι εκεί συμβαίνει μια κινητικότητα μεταξύ των μορίων, ότι η ύλη αλλάζει κατάσταση και ότι υπάρχει μια τεράστια ενέργεια στη δουλειά που το θερμόμετρο δεν μπορεί να μετρήσει. Επειδή ο τρόπος που λειτουργεί το σύμπαν είναι συνήθως πολύ περισσότερος από αυτό που βλέπουμε.