Kun tutkimme vaihesiirtymäprosesseja, eli aineen vaihemuutoksia, näemme, että tämän tapahtuessa on tarpeen syöttää tai poistaa lämpöä kyseessä olevasta aineesta. Jokapäiväisessä elämässämme voimme tarkkailla veden vaihemuutosta, joka haihtuu pyykkinarulle asetetusta vaatteesta tai jääpalasta, joka sulaa ympäristöön joutuessaan.
Voimme sitten määritellä vaihemuutoksen aineen molekyylien sisäisenä uudelleenorganisoitumisena aiheuttaen merkittäviä muutoksia sen ominaisuuksissa. Vaihesiirtymien palauttamisen tasolla meillä on:
kaasu nesteeseen → kondensaatio
nesteestä kaasuksi → höyrystyminen
neste kiinteäksi → jähmettyminen
kiinteästä nesteeseen → sulaa
kiinteästä kaasuun → sublimaatio
kaasu kiinteäksi → sublimaatio
Olemme nähneet, että suljetussa järjestelmässä tapahtuvat fyysiset prosessit säästävät järjestelmän kokonaisenergiaa. Vaihemuutosprosesseissa, kuten sulatus ja haihdutus, lämpötila pysyy vakiona, vaikka järjestelmään syötetään lämpöä. Jotta ymmärtäisimme, mihin tämä energia menee, katsotaan mikroskooppisesti mitä tapahtuu.
Voimme yhdistää potentiaalisen energian kullekin aineen hiukkaselle energiana, joka tarvitaan sen sijoittamiseen kyseiseen asentoon. Jos haluamme muuttaa heidän sisäistä järjestelyään, meidän on tehtävä jonkinlainen työ hiukkasiin. Siksi voimme liittää potentiaalisen energian aineen atomien ja molekyylien järjestelyyn.
Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)
Kun lämpöä syötetään, atomit ja molekyylit pyrkivät värisemään voimakkaammin, mikä nostaa lämpötilaa, joka mittaa hiukkasten keskimääräistä kineettistä energiaa. Fuusio- tai höyrystysprosessin aikana lämpötila pysyy vakiona, mutta atomien ja molekyylien järjestely muuttuu.
Kunkin potentiaalienergia muuttuu, ja tämän potentiaalienergian vaihtelu on aineesta luovutettua tai poistettua lämpöä.
Kulutetun energian mitta massayksikköä kohti on piilevä fuusio- tai höyrystymislämpö. Mitä suurempi latentti lämpö, sitä suurempi potentiaalienergian vaihtelu johtuu kyseisen aineen atomi- tai molekyylijärjestelyn muutoksesta.
Tällä tavalla kokonaisenergia säästyy vaihesiirtymisprosesseissa. Syötetty tai poistettu energia muuttuu kineettiseksi energiaksi tai potentiaaliseksi energiaksi (atomien sisäinen uudelleenjärjestely).
Kirjoittanut Domitiano Marques
Valmistunut fysiikasta
Haluatko viitata tähän tekstiin koulussa tai akateemisessa työssä? Katso:
SILVA, Domitiano Correa Marques da. "Energiansäästö vaihesiirtymissä"; Brasilian koulu. Saatavilla: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/conservacao-energia-nas-transicoes-fase.htm. Pääsy 27. kesäkuuta 2021.
