LATENTTISEN LÄMPÖTILAN YMMÄRTÄMINEN
Latenttisen lämpöenergian täydellinen ymmärtäminen lisää huomattavasti analyysi- ja ennustetaitojasi. Latentti lämpö ei ole mitään maagista, mutta sen ymmärtäminen voi olla hyvin hämmentävää. Vesimolekyylit voivat liikkua kolmella tavalla. Ne voivat liikkua värähtelemällä, kiertymällä ja siirtymällä. Jää ei voi liikkua kovin vapaasti. Jää voi värähtää, mutta jää pysyy jäykkänä. Nestemäinen vesi liikkuu vapaasti, mutta koska molekyylit ovat edelleen hyvin lähellä toisiaan, ne eivät liiku yhtä vapaasti kuin ilma.
Kiinteä vesi (jää) on H20:n järjestäytynein tila, kun taas kaasu on järjestäytymättömin. Jotta jää siirtyisi jäästä nestemäiseen tilaan, on lisättävä energiaa, jotta jää siirtyisi korkeammasta tilasta alemman järjestyksen tilaan. Kun jää sulaa tai vesi haihtuu, ympäristöstä on otettava energiaa, jotta jää tai neste siirtyy vähemmän järjestettyyn tilaan. Energiaa tarvitaan H20-molekyylien välisten yksittäisten vetysidosten heikentämiseen. Kun vesi (missä tahansa kolmesta lausekkeesta) siirtyy korkeammasta tilasta alempaan tilaan, H20:tä ympäröivästä ilmasta vähennetään lämpöä. Kolme prosessia, jotka vähentävät lämpöä ympäröivästä ilmasta, ovat haihtuminen, sulaminen ja sublimoituminen (kiinteästä aineesta kaasuksi). Kun vesi (missä tahansa näistä kolmesta lausekkeesta) siirtyy alemmasta tilasta korkeampaan järjestettyyn tilaan, H20:tä ympäröivään ilmaan lisätään energiaa. Tätä kutsutaan piilevän lämmön vapautumiseksi (esim. kun nestemäisestä vedestä vähennetään lämpöä, yksittäiset vesimolekyylit hidastuvat. Ne hidastuvat lopulta siihen pisteeseen, jossa vetysidokset eivät enää anna nesteen pyöriä. Nyt syntyy jäätä. Energia, joka vesimolekyyleillä oli aikoinaan pyörimiseen, on luovutettu ympäröivälle ilmalle). Kolme prosessia, jotka lisäävät lämpöä ympäröivään ilmaan, ovat tiivistyminen, jäätyminen ja laskeutuminen (kaasusta kiinteäksi).
TÄRKEÄÄ: haihtumis- ja tiivistymisprosessit vievät 7,5 kertaa enemmän energiaa kuin sulaminen tai jäätyminen. Tämän vuoksi haihtuminen jäähdyttää ilmaa paljon enemmän kuin lumen sulaminen. Sanotaan esimerkiksi, että lunta sataa ja ulkolämpötila on 40 celsiusastetta. Kun lumi putoaa lämpimämpään ilmaan, se alkaa sulaa ja osa siitä haihtuu. Märän lumen haihtuminen jäähdyttää ilmaa 7,5 kertaa niin paljon kuin lumen sulaminen. Jos lämpötila laskee 40 asteesta 32 asteeseen lumen pudotessa, noin 7 näistä 8 asteen viilenemisestä johtuu haihtumisprosessista. Myös sulaminen jäähdyttää ilmaa, mutta ei läheskään yhtä paljon kuin haihtuminen. Kun vesi käy läpi faasimuutoksen (muutos kiinteästä, nestemäisestä tai kaasumaisesta faasista toiseen faasiin), H20:n lämpötila pysyy samana. Miksi? Energiaa käytetään joko H20-molekyylien välisten vetysidosten heikentämiseen tai H20:sta otetaan energiaa pois, mikä kiristää vetysidoksia. Kun jää sulaa, ympäristöstä otetaan energiaa, joka imeytyy jäähän vetysidosten löysentämiseksi. Vetysidosten löystymiseen käytetty energia saa ympäröivän ilman jäähtymään (ympäristöstä otetaan energiaa pois: tämä on piilevän lämmön absorptiota). Sulavan jään lämpötila pysyy kuitenkin samana, kunnes kaikki jää on sulanut. Kaikki vetysidokset on katkaistava kiinteästä olomuodosta, ennen kuin energiaa voidaan käyttää H20:n lämpötilan nostamiseen.
Energia virtaa aina lämpimämmästä kohteesta kohti kylmempää kohdetta. Jääkuutio, jonka lämpötila on 32 astetta F, imee energiaa ilmasta, jonka lämpötila on lämpimämpi kuin jäätyminen. Energia virtaa huoneesta kohti jääkuutiota. Heitä keittiöösi tarpeeksi jääkuutioita, niin saatat huomata ilman lämpötilan jäähtyvän hieman. Energiaa otetaan lämpimästä huoneesta ja siirretään jääkuutioihin niiden sulattamiseksi; Energian vähennys aiheuttaa jäähtymistä. Sama pätee, kun verrataan jäätymistä ja tiivistymistä. Kondensoitumisprosessi lämmittää ympäröivää ilmaa 7,5 kertaa enemmän kuin jäätymisprosessi. Kun syntyy ukkosmyrsky, latenttia lämpöä vapautuu tiivistymisen seurauksena 7,5 kertaa enemmän kuin jäätymisen seurauksena. Sovelletaanpa nyt tätä piilevän lämmön prosessia ennustamiseen.
1. Sateen aiheuttama höyrystymisjäähdytys (ilman myötätuulta) aiheuttaa lämpötilan laskun mutta kastepisteen nousun. Kastepiste nousee aina (normaalisti havaittujen lämpötilojen vaihteluvälillä) enemmän kuin lämpötila laskee (esim. oletetaan, että lämpötila on 70 F ja kastepiste 50 F, ja jatkuvan sateen jälkeen lämpötila jäähtyy noin 63 asteeseen ja kastepiste nousee noin 63 asteeseen).
2. Lämpötilojen on vaikea lämmetä merkittävästi päivinä, jolloin pinnalla on lumipeite. Lumen sulaminen ja haihtuminen jäähdyttää ilmaa jatkuvasti.
3. Kondensaatio vapauttaa latenttia lämpöä. Tämä aiheuttaa sen, että pilven lämpötila on lämpimämpi kuin se muuten olisi ollut, jos se ei luovuttaisi latenttia lämpöä. Aina kun pilvi on ympäröivää ympäristöilmaa lämpimämpi, se jatkaa nousuaan ja kehittyy. Mitä enemmän kosteutta pilvi sisältää, sitä enemmän se pystyy luovuttamaan latenttia lämpöä.
4. Sulamisen tai haihtumisen aikana koetun jäähtymisen määrä on kastepisteen painuman funktio. Jos ilma on kylläistä, haihtuminen on mahdollisimman vähäistä. Haihtumisjäähtyminen ei voi tapahtua, kun maahan muodostuu kastetta, mutta se voi alkaa tapahtua, kun aurinko alkaa lämmittää pintaa (kastepisteen painuma kasvaa suuremmaksi kuin 0).
5. Kuivassa ilmastossa lämpötilan vuorokausivaihtelu on yleensä suurempi kuin kosteassa ilmastossa. Tämä johtuu ensisijaisesti piilevästä lämmöstä. Kuivassa ilmastossa haihtumisjäähdytys on vähäistä, ja vesihöyryä on vähän, jotta se voisi pidättää pitkän aallon säteilyä yöllä. Sen vuoksi kuivassa ilmastossa korkeimmat lämpötilat ovat korkeammat ja matalimmat matalammat kuin kosteassa ilmastossa samalla korkeudella ja samalla leveysasteella (jos kaikki muut tekijät ovat samat).