LATENTE WARMTE BEGRIJPEN
Een goed begrip van latente warmte zal uw vaardigheden op het gebied van analyse en voorspelling aanzienlijk verbeteren. Latente warmte is niets magisch, maar kan zeer verwarrend zijn om te begrijpen. Watermoleculen kunnen op drie manieren bewegen. Ze kunnen bewegen door trilling, rotatie en translatie. IJs is niet erg vrij om te bewegen. IJs kan trillen, maar ijs blijft stijf. Vloeibaar water beweegt vrij, maar omdat de moleculen nog steeds heel dicht op elkaar zitten, bewegen ze niet zo vrij als lucht.
Vast water (ijs) is de meest geordende toestand van H20, terwijl gas de minst geordende is. Om van een ijzige naar een vloeibare toestand te gaan, moet energie worden toegevoegd om het ijs van een hogere toestand naar een lagere geordende toestand te brengen. Wanneer ijs smelt of water verdampt, moet energie aan de omgeving worden onttrokken om het ijs of de vloeistof naar een minder geordende toestand te brengen. Er is energie nodig om de individuele waterstofbruggen tussen H20-moleculen te verzwakken. Wanneer water (in een van de drie fasen) van een hogere naar een lagere geordende toestand gaat, wordt warmte onttrokken aan de lucht die het H20 omringt. De drie processen die warmte onttrekken aan de omringende lucht zijn verdamping, smelten en sublimatie (vast naar gas). Wanneer water (in een van de drie fasen) van een lagere naar een hogere geordende toestand gaat, wordt er energie toegevoegd aan de lucht rond de H20. Dit wordt het vrijkomen van latente warmte genoemd (bijv. wanneer warmte wordt onttrokken aan vloeibaar water, zullen de afzonderlijke watermoleculen langzamer gaan werken. Uiteindelijk vertragen ze tot het punt waarop de waterstofbruggen niet meer toestaan dat de vloeistof roteert. Er ontstaat nu ijs. De energie die de watermoleculen ooit hadden om te roteren, is afgestaan aan de omringende lucht). De drie processen die warmte toevoegen aan de omringende lucht zijn condensatie, bevriezing en afzetting (van gas naar vaste stof).
Belangrijk: de processen van verdamping en condensatie kosten 7,5 maal zoveel energie als smelten of bevriezen. Daarom zal verdampingskoeling de lucht veel meer afkoelen dan het smelten van sneeuw. Bijvoorbeeld, stel dat er sneeuw valt en de buitentemperatuur 40 graden Fahrenheit is. Terwijl de sneeuw in de warmere lucht valt, zal het beginnen te smelten en een deel ervan zal verdampen. De verdamping van de natte sneeuw zal de lucht 7,5 keer zoveel afkoelen als het smelten van de sneeuw. Als de temperatuur daalt van 40 naar 32 graden terwijl de sneeuw valt, worden ongeveer 7 van die 8 graden van afkoeling veroorzaakt door het verdampingsproces. Smelten koelt de lucht ook af, maar lang niet zo veel als verdamping doet. Wanneer water een faseverandering ondergaat (een verandering van vast, vloeibaar of gas naar een andere fase) blijft de temperatuur van het H20 op dezelfde temperatuur. Waarom? Er wordt energie gebruikt om de waterstofbruggen tussen de H20 moleculen te verzwakken of er wordt energie onttrokken aan de H20 waardoor de waterstofbruggen worden aangetrokken. Als ijs smelt, wordt er energie uit de omgeving gehaald en in het ijs opgenomen om de waterstofbruggen losser te maken. De energie die wordt onttrokken om de waterstofbruggen los te maken, zorgt ervoor dat de omringende lucht afkoelt (er wordt energie onttrokken aan de omgeving: dit is latente warmte-absorptie). De temperatuur van het smeltende ijs blijft echter gelijk totdat al het ijs gesmolten is. Alle waterstofbruggen moeten uit de vaste toestand worden verbroken voordat energie kan worden gebruikt om de temperatuur van H20 te verhogen.
Energie stroomt altijd van een warmer voorwerp naar een kouder voorwerp. Een ijsblokje bij 32 graden F absorbeert energie uit lucht die een temperatuur heeft warmer dan het vriespunt. De energie stroomt van de kamer naar het ijsblokje. Als je genoeg ijsblokjes in je keuken gooit, zul je merken dat de temperatuur van de lucht iets afkoelt. Er wordt energie onttrokken aan uw warmere kamer en verplaatst naar de ijsblokjes om ze te laten smelten; een onttrekking van energie veroorzaakt afkoeling. Hetzelfde geldt wanneer je bevriezing vergelijkt met condensatie. Het condensatieproces zal de omringende lucht 7,5 keer zoveel opwarmen als wanneer het bevriezingsproces plaatsvindt. Wanneer een onweersbui ontstaat, is de afgifte van latente warmte door condensatie 7,5 maal zo veel als de afgifte van latente warmte door bevriezing. Laten we dit proces van latente warmte nu eens toepassen met betrekking tot de voorspelling.
1. Verdampingsafkoeling door regen (bij afwezigheid van downdrafts) zal de temperatuur doen dalen maar het dauwpunt doen stijgen. Het dauwpunt zal altijd (in het bereik van normaal waargenomen temperaturen) meer stijgen dan de temperatuur daalt (stel bijvoorbeeld dat de temperatuur 70 F is met een dauwpunt van 50 F, na een aanhoudende regen zal de temperatuur afkoelen tot ongeveer 63 en het dauwpunt zal stijgen tot ongeveer 63).
2. De temperaturen hebben moeite om significant op te warmen op dagen dat er aan de oppervlakte een sneeuwdek ligt. Door het smelten en verdampen van de sneeuw koelt de lucht voortdurend af.
3. Bij condensatie komt latente warmte vrij. Hierdoor wordt de temperatuur van een wolk warmer dan hij zou zijn geweest als er geen latente warmte was vrijgekomen. Telkens wanneer een wolk warmer is dan de omringende omgevingslucht, zal hij blijven opstijgen en zich ontwikkelen. Hoe meer vocht een wolk bevat, hoe meer potentieel hij heeft om latente warmte af te geven.
4. De mate van afkoeling die optreedt bij smelten of verdamping is een functie van de dauwpuntdepressie. Als de lucht verzadigd is, zal de verdamping worden geminimaliseerd. Verdampingsafkoeling kan niet plaatsvinden zodra zich dauw op de grond vormt, maar kan gaan plaatsvinden wanneer de zon het oppervlak begint op te warmen (dauwpuntdepressie wordt groter dan 0).
5. Droge klimaten hebben de neiging een groter temperatuurverschil te vertonen dan vochtige klimaten. De belangrijkste reden hiervoor is de latente warmte. In een droog klimaat is de afkoeling door verdamping minimaal en is er weinig waterdamp om ’s nachts langgolvige straling vast te houden. Daarom zullen in een droog klimaat de maximumtemperaturen hoger zijn en de minimumtemperaturen lager dan in een vochtig klimaat op dezelfde hoogte en breedtegraad (als alle andere factoren gelijk blijven).