FÖRSTÅELSE AV LATENTER VÄRME
En fullständig förståelse för latent värme kommer att ge dig stora förbättringar i din förmåga att analysera och prognostisera. Latent värme är inget magiskt men kan vara mycket förvirrande att förstå. Vattenmolekyler kan röra sig på tre sätt. De kan röra sig genom vibration, rotation och translation. Is är inte särskilt fri att röra sig. Is kan vibrera men isen förblir stel. Flytande vatten rör sig fritt men eftersom molekylerna fortfarande ligger mycket nära varandra rör de sig inte lika fritt som luft.
Fasta vatten (is) är det mest ordnade tillståndet av H20 medan gas är det minst ordnade. För att is ska kunna gå från ett istillstånd till ett flytande tillstånd måste energi tillföras för att få isen att gå från ett högre tillstånd till ett lägre ordnat tillstånd. När is smälter eller vatten avdunstar måste energi tas från omgivningen för att isen eller vätskan ska övergå till ett mindre ordnat tillstånd. Energi behövs för att försvaga de enskilda vätebindningarna mellan H20-molekylerna. När vatten (i någon av de tre fraserna) rör sig från ett högre till ett lägre ordnat tillstånd kommer luften som omger H20 att få värme subtraherad från den. De tre processer som subtraherar värme från den omgivande luften är avdunstning, smältning och sublimering (från fast ämne till gas). När vatten (i någon av de tre fraserna) rör sig från ett lägre till ett högre ordnat tillstånd kommer den luft som omger H20 att tillföras energi. Detta kallas frigörelse av latent värme (t.ex. när värme subtraheras från flytande vatten kommer de enskilda vattenmolekylerna att sakta ner. De saktar så småningom ner till den punkt där vätebindningarna inte längre tillåter vätskan att rotera. Det bildas nu is. Den energi som vattenmolekylerna en gång hade för att rotera har avgetts till den omgivande luften). De tre processer som tillför värme till den omgivande luften är kondensation, frysning och deponering (gas till fast ämne).
VIKTIGT: Processerna av avdunstning och kondensation tar 7,5 gånger så mycket energi som smältning och frysning. Det är därför som avdunstningskylning kyler luften mycket mer än smältning av snö. Låt oss till exempel säga att det faller snö och att utomhustemperaturen är 40 grader Fahrenheit. När snön faller ner i den varmare luften kommer den att börja smälta och en del av den kommer att avdunsta. Avdunstningen från den våta snön kommer att kyla luften 7,5 gånger så mycket som smältningen av snön. Om temperaturen sjunker från 40 till 32 grader när snön faller, orsakas ungefär 7 av dessa 8 graders avkylning av avdunstningsprocessen. Smältning kyler också luften, men inte alls lika mycket som avdunstning. När vatten genomgår en fasförändring (en övergång från fast, flytande eller gasform till en annan fas) förblir H20:s temperatur oförändrad. Varför? Energi används antingen för att försvaga vätebindningarna mellan H20-molekylerna eller så tas energi från H20, vilket stramar åt vätebindningarna. När is smälter tas energi från omgivningen och absorberas i isen för att luckra upp vätebindningarna. Den energi som tas tillvara för att luckra upp vätebindningarna får den omgivande luften att svalna (energi tas bort från omgivningen: detta är latent värmeabsorption). Temperaturen på den smältande isen förblir dock densamma tills all is har smält. Alla vätebindningar måste brytas från fast tillstånd innan energi kan användas för att öka H20:s temperatur.
Energi strömmar alltid från ett varmare objekt till ett kallare objekt. En isbit vid 32 grader F absorberar energi från luft som har en temperatur som är varmare än frysning. Energi strömmar från rummet till iskuberna. Släng tillräckligt många iskuber i ditt kök och du kan märka att luftens temperatur svalnar något. Energi tas från ditt varmare rum och flyttas in i iskuberna för att smälta dem; En subtraktion av energi orsakar avkylning. Samma sak gäller när man jämför frysning med kondensation. Kondensationsprocessen värmer den omgivande luften 7,5 gånger så mycket som när frysningsprocessen sker. När ett åskväder utvecklas är frigörelsen av latent värme genom kondensation 7,5 gånger så stor som frigörelsen av latent värme genom frysning. Låt oss nu göra några tillämpningar av denna process för latent värme med avseende på prognoser.
1. Avdunstningskylning från regn (i avsaknad av downdrafts) gör att temperaturen sjunker men att daggpunkten ökar. Daggpunkten kommer alltid (inom intervallet för normalt observerade temperaturer) att öka mer än vad temperaturen sjunker (t.ex. anta att temperaturen är 70 F med en daggpunkt på 50 F, efter ett ihållande regn kommer temperaturen att svalna till ca 63 och daggpunkten att stiga till ca 63).
2. Temperaturerna har svårt att värmas upp avsevärt under dagar då det finns ett snötäcke på ytan. Smältningen och avdunstningen från snön kyler kontinuerligt luften.
3. Kondensation frigör latent värme. Detta gör att temperaturen i ett moln blir varmare än vad den annars skulle ha varit om det inte frigjorde latent värme. Varje gång ett moln är varmare än den omgivande miljöluften kommer det att fortsätta att stiga och utvecklas. Ju mer fukt ett moln innehåller, desto större potential har det att avge latent värme.
4. Den grad av avkylning som upplevs vid smältning eller avdunstning är en funktion av daggpunktsdepressionen. Om luften är mättad kommer avdunstningen att minimeras. Avdunstningskylning kan inte äga rum när dagg bildas på marken, men kan börja äga rum när solen börjar värma upp ytan (daggpunktsdepressionen blir större än 0).
5. Torra klimat tenderar att ha en större dygnsvariation i temperaturen än fuktiga klimat. Den främsta orsaken är den latenta värmen. I ett torrt klimat är avdunstningskylningen minimal och det finns lite vattenånga som fångar långvågig strålning på natten. I ett torrt klimat kommer därför topparna att vara högre och dalarna lägre jämfört med ett fuktigt klimat på samma höjd och latitud (allt annat lika).