PODROBNÉ POZNÁNÍ LATENTNÍHO TEPLA
Úplné pochopení latentního tepla výrazně přispěje k vašim analytickým a předpovědním schopnostem. Latentní teplo není nic magického, ale jeho pochopení může být velmi matoucí. Molekuly vody se mohou pohybovat třemi způsoby. Mohou se pohybovat vibracemi, rotací a translací. Led se nepohybuje příliš volně. Led může vibrovat, ale led zůstává tuhý. Kapalná voda se pohybuje volně, ale protože jsou molekuly stále velmi blízko u sebe, nepohybují se tak volně jako vzduch.
Tvrdá voda (led) je nejuspořádanějším stavem H20, zatímco plyn je nejméně uspořádaný. Aby led přešel z ledového do kapalného stavu, musí se přidat energie, která způsobí přechod ledu z vyššího do méně uspořádaného stavu. Když led taje nebo se voda vypařuje, musí se z prostředí odebrat energie, aby led nebo kapalina přešly do méně uspořádaného stavu. Energie je zapotřebí k oslabení jednotlivých vodíkových vazeb mezi molekulami H20. Když se voda (v kterékoli ze tří vět) přesune z vyššího do méně uspořádaného stavu, vzduch obklopující H20 jí odebere teplo. Tři procesy, při kterých se ze vzduchu v okolí odebírá teplo, jsou vypařování, tání a sublimace (přeměna pevné látky na plyn). Když voda (v kterékoli ze tří fází) přechází z nižšího do vyššího uspořádaného stavu, vzduch obklopující H20 jí přidá energii. Tomu se říká uvolnění latentního tepla (např. při odečítání tepla z kapalné vody se jednotlivé molekuly vody zpomalí. Nakonec se zpomalí až do bodu, kdy vodíkové vazby již nedovolí kapalině rotovat. Nyní vzniká led. Energie, kterou kdysi měly molekuly vody k rotaci, byla odevzdána okolnímu vzduchu). Tři procesy, které dodávají teplo okolnímu vzduchu, jsou kondenzace, mrznutí a usazování (přeměna plynu na pevnou látku).
DŮLEŽITÉ: procesy vypařování a kondenzace spotřebují 7,5krát více energie než tání nebo mrznutí. Proto ochlazování vypařováním ochladí vzduch mnohem více než tání sněhu. Řekněme například, že padá sníh a venkovní teplota je 40 stupňů Fahrenheita. Jak bude sníh padat do teplejšího vzduchu, začne tát a část se ho bude vypařovat. Odpařování z mokrého sněhu ochladí vzduch 7,5krát více než tání sněhu. Pokud teplota při pádu sněhu klesne ze 40 na 32 stupňů, přibližně 7 z těchto 8 stupňů ochlazení je způsobeno procesem odpařování. Tání také ochlazuje vzduch, ale zdaleka ne tolik jako vypařování. Když voda prochází fázovou změnou (změna z pevné, kapalné nebo plynné fáze na jinou), teplota H20 zůstává stejná. Proč? Buď se energie spotřebovává na oslabení vodíkových vazeb mezi molekulami H20, nebo se energie odebírá H20, čímž se vodíkové vazby utahují. Při tání ledu je energie odebírána z okolí a absorbována do ledu, čímž se uvolňují vodíkové vazby. Energie odebraná na uvolnění vodíkových vazeb způsobuje ochlazování okolního vzduchu (energie je odebírána z prostředí: jedná se o latentní absorpci tepla). Teplota tajícího ledu však zůstává stejná, dokud celý led neroztaje. Všechny vodíkové vazby z pevného skupenství musí být rozrušeny, aby mohla být energie využita ke zvýšení teploty H20.
Energie vždy proudí od teplejšího objektu směrem k chladnějšímu objektu. Kostka ledu o teplotě 32 °C absorbuje energii ze vzduchu, který má teplotu vyšší, než je teplota mrazu. Energie proudí z místnosti směrem ke kostce ledu. Vhoďte do kuchyně dostatečné množství kostek ledu a možná si všimnete, že se teplota vzduchu mírně ochlazuje. Energie se odebírá z vaší teplejší místnosti a přesouvá se do kostek ledu, aby roztály; Odebrání energie způsobuje ochlazení. Totéž platí při porovnání mrznutí a kondenzace. Při kondenzaci se okolní vzduch ohřeje 7,5krát více než při mražení. Při vzniku bouřky je uvolnění latentního tepla při kondenzaci 7,5krát větší než uvolnění latentního tepla při mrznutí. Nyní proveďme několik aplikací tohoto procesu latentního tepla s ohledem na předpověď počasí.
1. Ochlazování výparem z deště (při absenci sestupných proudů) způsobí pokles teploty, ale zvýšení rosného bodu. Rosný bod se vždy (v rozsahu běžně pozorovaných teplot) zvýší více, než klesne teplota (např. předpokládejme, že teplota je 70 F s rosným bodem 50 F, po vytrvalém dešti se teplota ochladí na přibližně 63 a rosný bod stoupne na přibližně 63).
2. Teploty mají potíže s výrazným oteplením ve dnech, kdy je na povrchu sněhová pokrývka. Tání a odpařování ze sněhu neustále ochlazuje vzduch.
3. Kondenzací se uvolňuje latentní teplo. To způsobuje, že teplota mraku je vyšší, než by jinak byla, kdyby se latentní teplo neuvolňovalo. Kdykoli je mrak teplejší než okolní vzduch v prostředí, bude dále stoupat a vyvíjet se. Čím více vlhkosti mrak obsahuje, tím větší má potenciál uvolňovat latentní teplo.
4. Velikost ochlazení, ke kterému dochází při tání nebo vypařování, je funkcí deprese rosného bodu. Pokud je vzduch nasycený, vypařování se minimalizuje. K ochlazování vypařováním nemůže dojít, jakmile se na zemi vytvoří rosa, ale může začít probíhat, když slunce začne ohřívat povrch (deprese rosného bodu se stane větší než 0).
5. Suché podnebí má tendenci mít větší denní rozptyl teplot než vlhké podnebí. Hlavním důvodem je latentní teplo. V suchém podnebí je výparné ochlazování minimální a je zde málo vodní páry, která by v noci zachycovala dlouhovlnné záření. Proto jsou v suchém podnebí nejvyšší teploty vyšší a nejnižší nižší ve srovnání s vlhkým podnebím ve stejné nadmořské výšce a zeměpisné šířce (při zachování všech ostatních podmínek).