Latent värme
Latent värme, energi som absorberas eller frigörs av ett ämne under en förändring av dess fysiska tillstånd (fas) som sker utan att temperaturen ändras. Den latenta värme som är förknippad med smältning av ett fast ämne eller frysning av en vätska kallas fusionsvärme; den som är förknippad med förångning av en vätska eller ett fast ämne eller kondensering av en ånga kallas förångningsvärme. Den latenta värmen uttrycks normalt som värmemängden (i enheterna joules eller kalorier) per mol eller massaenhet av det ämne som genomgår en tillståndsförändring.
© T.Tulic/Fotolia
Till exempel, när en kastrull med vatten hålls kokande förblir temperaturen 100 °C (212 °F) tills den sista droppen avdunstar, eftersom all värme som tillförs vätskan absorberas som latent förångningsvärme och transporteras bort av de ångmolekyler som flyr. På samma sätt förblir isen vid 0 °C (32 °F) när den smälter, och det flytande vatten som bildas med den latenta fusionsvärmen är också vid 0 °C (32 °F). Smältningsvärmen för vatten vid 0 °C är cirka 334 joule (79,7 kalorier) per gram, och förångningsvärmen vid 100 °C är cirka 2 230 joule (533 kalorier) per gram. Eftersom förångningsvärmen är så stor bär ånga på en stor mängd värmeenergi som frigörs när den kondenserar, vilket gör vatten till en utmärkt arbetsvätska för värmemotorer.
Latent värme uppstår genom det arbete som krävs för att övervinna de krafter som håller ihop atomer eller molekyler i ett material. Den regelbundna strukturen hos ett kristallint fast ämne upprätthålls av attraktionskrafter mellan dess enskilda atomer, som svänger något kring sina genomsnittliga positioner i kristallgitteret. När temperaturen ökar blir dessa rörelser alltmer våldsamma tills de attraherande krafterna vid smältpunkten inte längre är tillräckliga för att upprätthålla kristallgitterets stabilitet. Ytterligare värme (den latenta fusionsvärmen) måste dock tillföras (vid konstant temperatur) för att åstadkomma övergången till det ännu mer oordnade vätsketillståndet, där de enskilda partiklarna inte längre hålls i fasta gitterpositioner utan är fria att röra sig i vätskan. En vätska skiljer sig från en gas genom att attraktionskrafterna mellan partiklarna fortfarande är tillräckliga för att upprätthålla en långväga ordning som ger vätskan en viss grad av sammanhållning. När temperaturen ökar ytterligare nås en andra övergångspunkt (kokpunkten) där den långväga ordningen blir instabil i förhållande till partiklarnas i stort sett oberoende rörelser i den mycket större volym som upptas av en ånga eller gas. Återigen måste ytterligare värme (den latenta förångningsvärmen) tillföras för att bryta den långväga ordningen i vätskan och åstadkomma övergången till det i stort sett oordnade gasformiga tillståndet.
Den latenta värmen är förknippad med andra processer än förändringar mellan fasta, flytande och ångformiga faser av ett enskilt ämne. Många fasta ämnen finns i olika kristallina modifikationer, och övergångarna mellan dessa innebär i allmänhet absorption eller utveckling av latent värme. Processen att lösa upp ett ämne i ett annat innebär ofta värme; om lösningsprocessen är en strikt fysikalisk förändring är värmen latent värme. Ibland åtföljs dock processen av en kemisk förändring, och en del av värmen är den som är förknippad med den kemiska reaktionen. Se även smältning.