Este obișnuit să vezi capacitatea de răcire și încălzire a aparatelor de aer condiționat, frigiderelor, cuptoarelor etc., fiind arătată de calificativele lor sau de tone (1 tonă de refrigerare = 12.000 BTU), dar ce este exact acest BTU? Cu ce seamănă? Și regina are una?
Pur și simplu, un Btu este cantitatea de căldură necesară pentru a fi adăugată sau extrasă dintr-o kilogramă de apă pură pentru a crește sau a scădea temperatura cu un grad Fahrenheit. Aceasta este aproximativ aceeași cantitate de căldură pe care o degajă un chibrit care este folosit pentru a aprinde un foc.
Deci, dacă avem o kilogramă de apă la 100 ° F și adăugăm 40 Btu la ea, temperatura sa va crește la 140 ° F. Dacă am îndepărtat 40 Btu din o kilogramă de apă, temperatura sa va scădea la 60 ° F. Dacă urmăriți toți acest lucru până acum, nu este prea surprinzător, deoarece ceea ce am descris mai sus este cunoscut sub numele de „Căldură sensibilă” și, după cum deja citiți acest lucru, atunci evident că sunteți cu toții oameni foarte sensibili!
Acum, dacă continuăm să adăugăm Btu la o kilogramă de apă, acesta va continua să crească la temperatură la o rată liniară de 1 ° F pentru fiecare Btu adăugat până începe să fiarbă, care la nivelul mării va fi de 212 ° F (100 ° C).
La punctul de fierbere se întâmplă ceva foarte interesant.
Vom continua să adăugăm Btu, dar temperatura va rămâne la 212 ° F, în timp ce apa se evaporă rapid (fierbe) în abur. Și apa va rămâne la 212 ° F până când toată apa va fierbe în aburi, după care vom arde o tigaie goală.
Acel kilogram de apă trebuie să absoarbă 970 BTu înainte ca totul să devină abur și va rămâne la 212 ° F în timpul procesului. Este o potrivire necesară pentru a crește temperatura cu un grad și apoi aproape 1.000 de potriviri pentru a fierbe apa, fără a crește temperatura.
Evident, aceasta nu este Căldură Sensibilă și, logic, ne-am aștepta să se numească Silly Heat, dar de fapt i se dă titlul mai banal de Latent Heat.
În acest caz, este căldura latentă de vaporizare a apei, pe care matematica simplă o definește ca fiind 970 BTu pe kilogram (sau 2.260 jouli sau 540 calorii pe gram).
Cele de mai sus sunt o versiune oarecum simplificată a vieții reale, deoarece unii vapori se vor evapora întotdeauna din apă pe măsură ce o încălzim și cu atât mai mult la temperaturi mai ridicate. Deci, nu va fi exact o lire de apă în oală când vom ajunge la punctul de fierbere și va trebui să adăugăm un fum de căldură latentă împreună cu căldura sensibilă pentru a ajunge acolo.
Acest fenomen de căldură latentă apare în unele locuri surprinzătoare;
• Sudoare - „Bărbații transpiră, femeile transpiră și femeile strălucesc” conform manualelor de etichetă victoriană. Ne încălzim, pielea noastră deversează umezeală și, pe măsură ce umezeala se evaporă, răcorește pielea folosind căldură latentă. Se presupune că doamnele victoriene au fost echipate cu bujii incandescente.
• Gătit - Produsele din carne procesate au de obicei puțină apă adăugată, indiferent de motiv, iar legumele conțin multă umiditate. În tigaie, multe cărnuri și legume gătesc încet la început, deoarece apa se evaporă în norii de aburi folosind o mare parte din căldura aplicată pentru a face acest lucru și menținând temperaturile scăzute. Și apoi, fără avertisment și în timp ce ți se întoarce spatele, apa s-a evaporat, temperatura din tigaie crește rapid și masa este arsă. Data viitoare când arzi cina dă vina pe LHS (sindromul de căldură latentă).
• Stingerea incendiilor - O clădire este pe foc și pompierii varsă apă pe ea. Multa apa. Apa nu sufocă atât de mult focul, este cantitatea masivă de căldură latentă necesară pentru a transforma acea apă în abur care aspiră căldura din împrejurimi și reduce temperatura generală sub punctul de aprindere al structurii.
• Aer condiționat în clădirile orașelor - Dacă inversăm procesul descris mai sus și răcim aburul astfel încât să se condenseze din nou în apă, va aspira cantități uriașe de energie termică din orice este ceea ce îl răcorește. Și dacă acel „orice” se întâmplă să fie lichid care circulă prin sistemul de răcire a unei clădiri, atunci putem folosi același abur pentru răcire în timpul verii ca și cel folosit pentru încălzirea clădirii în timpul iernii.
• Refrigerare - Da, refrigerare. Până acum ne-am gândit doar la apă, dar ce zici de alte lichide sau substanțe chimice? Agenții frigorifici sunt substanțe chimice care fierb la temperaturi foarte scăzute, iar într-un frigider marin tipic, agentul frigorific va fierbe în interiorul evaporatorului care se află în interiorul cutiei izolate la aproape 0 ° F. Această stare de schimbare de la lichid la vapori necesită cantități mari de căldură latentă care este aspirată din aerul din cutie, răcind conținutul ca urmare.
Acum să vedem ce se întâmplă la celălalt capăt al scalei.
Îndepărtarea căldurii din o kilogramă de apă câte un Btu pe rând va produce un rezultat liniar până când temperatura apei ajunge la 32 ° F (0 ° C). La punctul de îngheț al apei, va fi nevoie de 144 Btu de căldură latentă pentru a fi îndepărtată pentru a transforma toată apa în gheață fără alte scăderi de temperatură, după care gheața va fi sub-răcită.
Aceasta este căldura latentă de fuziune a apei și este de 144 BTu pe kilogram (sau 334 jouli (80 calorii) pe gram).
Deci, cel mai bine fiți pregătiți pentru o scurgere mare de energie data viitoare când îi veți însărcina producătorul de gheață să tușească cantități abundente de gheață pentru locuitorii apusului sau când încercați să înghețați acel mega-ton proaspăt prins în congelatorul bărcii dvs.