गुप्त ऊष्मा

गुप्त ऊष्मा (जिसे गुप्त ऊर्जा या परिवर्तन की ऊष्मा के रूप में भी जाना जाता है) एक स्थिर-तापमान प्रक्रिया के दौरान शरीर या ऊष्मागतिक प्रणाली द्वारा जारी या अवशोषित ऊर्जा सामान्यतः एक प्रथम-क्रम चरण पारगमन है।

गुप्त ऊष्मा को छिपे हुए रूप में ऊर्जा के रूप में समझा जा सकता है जो किसी पदार्थ के तापमान को बदले बिना उसकी स्थिति को बदलने के लिए आपूर्ति या निकाली जाती है। उदाहरण चरण संक्रमण यानी एक निर्दिष्ट तापमान और दबाव पर संघनित या वाष्पीकरण करने वाले पदार्थ में सम्मिलित संलयन की गुप्त ऊष्मा और वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा हैं।

यह शब्द स्कॉटलैंड के रसायनज्ञ जोसेफ ब्लैक द्वारा 1762 के आसपास प्रस्तुत किया गया था। यह लैटिन लेटरे (छिपे रहने के लिए) से लिया गया है। ब्लैक ने उष्मामिति के संदर्भ में इस शब्द का प्रयोग किया था जहां ऊष्मा हस्तांतरण के कारण शरीर में मात्रा में परिवर्तन हुआ था, जबकि इसका तापमान स्थिर था।

अव्यक्त ऊष्मा के विपरीत, संवेद्य ऊष्मा के रूप में स्थानांतरित ऊर्जा होती है, जिसके परिणामस्वरूप शरीर में तापमान परिवर्तन होता है।

उपयोग

Graph of temperature of phases of water heated from −100 °C to 200 °C – the dashed line example shows that melting and heating 1 kg of ice at −50 °C to water at 40 °C needs 600 kJ

शब्द "संवेद्य ऊष्मा" और "अव्यक्त ऊष्मा" एक शरीर और उसके परिवेश के बीच स्थानांतरित ऊर्जा को संदर्भित करता है, जो तापमान परिवर्तन की घटना या गैर-घटना से परिभाषित होता है; वे शरीर के गुणों पर निर्भर करते हैं। शरीर के तापमान में परिवर्तन के रूप में एक प्रक्रिया में "संवेद्य ऊष्मा" को "अनुभूत" ​​या अनुभव किया जाता है। "अव्यक्त ऊष्मा" शरीर के तापमान में परिवर्तन के बिना एक प्रक्रिया में स्थानांतरित ऊर्जा है, उदाहरण के लिए, एक चरण परिवर्तन (ठोस/तरल/गैस) में स्थानांतरित ऊर्जा है।

प्रकृति में ऊर्जा के हस्तांतरण की कई प्रक्रियाओं में संवेद्य और गुप्त दोनों प्रकार के ताप देखे जाते हैं। अव्यक्त ऊष्मा वायुमंडलीय या समुद्र के पानी, [[वाष्पीकरण]], संघनन, हिमीकरण या गलन के चरण के परिवर्तन से जुड़ी होती है, जबकि संवेद्य ऊष्मा ऊर्जा हस्तांतरित होती है जो कि उन चरण परिवर्तनों के बिना वातावरण या महासागर या बर्फ के तापमान में परिवर्तन से स्पष्ट होती है, हालांकि यह दबाव और आयतन के परिवर्तन से जुड़ा है।

शब्द का मूल उपयोग, जैसा कि ब्लैक द्वारा प्रस्तुत किया गया था, उन प्रणालियों पर लागू किया गया था जो जानबूझकर स्थिर तापमान पर रखे गए थे। इस तरह के प्रयोग विस्तार की गुप्त ऊष्मा और कई अन्य संबंधित गुप्त ऊष्मा को संदर्भित करते हैं। इन गुप्त ऊष्माों को ऊष्मप्रवैगिकी के वैचारिक ढांचे से स्वतंत्र रूप से परिभाषित किया गया है।

जब किसी पिंड को तापीय विकिरण द्वारा निरंतर तापमान पर गर्म किया जाता है, उदाहरण के लिए, यह आयतन या विस्तार की गुप्त ऊष्मा के संबंध में अपनी गुप्त ऊष्मा द्वारा वर्णित मात्रा द्वारा विस्तारित हो सकता है, या इसके अव्यक्त द्वारा वर्णित राशि द्वारा इसके दबाव को बढ़ा सकता है। एक स्थिर-तापमान प्रक्रिया के दौरान किसी पिंड या ऊष्मागतिक प्रणाली द्वारा गुप्त ऊष्मा ऊर्जा को जारी या अवशोषित किया जाता है।

गुप्त ऊष्मा के दो सामान्य रूप हैं संगलन गुप्त ऊष्मा (पिघलना) और गुप्त वाष्पन ऊष्मा (उबलना)। ये नाम एक चरण से दूसरे चरण में बदलते समय ऊर्जा प्रवाह की दिशा का वर्णन करते हैं: ठोस से तरल और तरल से गैस तक।

दोनों ही स्तिथियों में परिवर्तन ऊष्माशोषी है, जिसका अर्थ है कि प्रणाली ऊर्जा को अवशोषित करती है। उदाहरण के लिए, जब पानी का वाष्पीकरण होता है, तो पानी के अणुओं को उनके बीच आकर्षण की शक्तियों को दूर करने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, पानी से वाष्प में संक्रमण के लिए ऊर्जा की निविष्टि की आवश्यकता होती है।

यदि वाष्प एक सतह पर एक तरल के रूप में संघनित होता है, तो वाष्पीकरण के दौरान अवशोषित वाष्प की गुप्त ऊर्जा सतह पर तरल की संवेद्य ऊष्मा के रूप में जारी की जाती है।

जल वाष्प के संघनन की तापीय धारिता के बड़े मूल्य का कारण यह है कि भाप उबलते पानी की तुलना में कहीं अधिक प्रभावी ताप माध्यम है, और अधिक खतरनाक है।

मौसम विज्ञान

मौसम विज्ञान में, गुप्त ऊष्मा प्रवाह पृथ्वी की सतह से पृथ्वी के वायुमंडल में ऊर्जा का प्रवाह है जो सतह पर पानी के वाष्पीकरण या वाष्पोत्सर्जन और बाद में क्षोभमंडल में जल वाष्प के संघनन से जुड़ा होता है। यह पृथ्वी के सतह ऊर्जा बजट का एक महत्वपूर्ण घटक है। गुप्त ऊष्मा प्रवाह को सामान्यतः बोवेन अनुपात तकनीक से मापा जाता है, या हाल ही में 1900 के मध्य से एड़ी सहप्रसरण विधि द्वारा मापा जाता है।

इतिहास

अंग्रेजी शब्द लेटेंट लैटिन शब्द लटेंस से आया है, जिसका अर्थ छिपा हुआ है। गुप्त ऊष्मा शब्द को 1750 के आसपास जोसेफ ब्लैक द्वारा उष्मामिति में प्रस्तुत किया गया था - स्कॉच व्हिस्की के उत्पादकों द्वारा उनकी आसवन प्रक्रिया के लिए ईंधन और पानी की आदर्श मात्रा की खोज में प्रमाणित - मात्रा और दबाव जैसे प्रणाली परिवर्तनों का अध्ययन करने के लिए, जब ऊष्मागतिक प्रणाली ऊष्मीय स्नान में स्थिर तापमान पर आयोजित किया गया था। ब्लैक दो समान मात्रा में पानी के तापमान में परिवर्तन की तुलना करेगा, समान तरीकों से गरम किया गया, जिनमें से एक बर्फ से पिघला हुआ था, जबकि दूसरा केवल ठंडे द्रव अवस्था से गरम किया गया था। परिणामी तापमान की तुलना करके, वह यह निष्कर्ष निकाल सकता है कि, उदाहरण के लिए, बर्फ से पिघले हुए प्रतिदर्श का तापमान अन्य प्रतिदर्श की तुलना में 140°F कम था, इस प्रकार बर्फ पिघलने से 140 डिग्री ऊष्मा अवशोषित हो जाती है जिसे थर्मामीटर द्वारा नहीं मापा जा सकता है, अभी तक आपूर्ति की आवश्यकता थी, इस प्रकार यह अव्यक्त (छिपा हुआ) था। ब्लैक ने यह भी निष्कर्ष निकाला कि आसुत को उबालने में जितनी गुप्त ऊष्मा की आपूर्ति की गई थी (इस प्रकार आवश्यक ईंधन की मात्रा देते हुए) उसे फिर से संघनित करने के लिए अवशोषित करना पड़ा (इस प्रकार ठंडा पानी देना आवश्यक था)।

बाद में, जेम्स प्रेस्कॉट जौल ने गुप्त ऊर्जा को कणों के दिए गए विन्यास में परस्पर क्रिया की ऊर्जा के रूप में चित्रित किया, अर्थात संभावित ऊर्जा का एक रूप, और एक ऊर्जा के रूप में संवेद्य ऊष्मा जिसे थर्मामीटर द्वारा इंगित किया गया था, उत्तरार्द्ध को तापीय ऊर्जा से संबंधित किया गया था।

विशिष्ट गुप्त ऊष्मा

एक विशिष्ट गुप्त ऊष्मा (L) द्रव्यमान (M) की एक इकाई के चरण परिवर्तन को पूरी तरह से प्रभावित करने के लिए आवश्यक ऊष्मा (Q) के रूप में ऊर्जा की मात्रा को व्यक्त करती है, सामान्यतः 1kg, किसी पदार्थ की गहन विशेषता के रूप में:

$L={\frac {Q}{m}}.$

गहन गुण भौतिक विशेषताएं हैं और प्रतिदर्श के आकार या सीमा पर निर्भर नहीं हैं। साहित्य में सामान्यतः उद्धृत और सारणीबद्ध संलयन की विशिष्ट गुप्त ऊष्मा और कई पदार्थों के लिए वाष्पीकरण की विशिष्ट गुप्त ऊष्मा होती है।

इस परिभाषा से, किसी पदार्थ के दिए गए द्रव्यमान के लिए गुप्त ऊष्मा की गणना किसके द्वारा की जाती है

$Q={m}{L}$

जहाँ:

Q पदार्थ के चरण परिवर्तन के दौरान जारी या अवशोषित ऊर्जा की मात्रा है (किलोजूल या बीटीयू में),

m पदार्थ का द्रव्यमान है (किग्रा में या पौंड (द्रव्यमान) में), और

L किसी विशेष पदार्थ के लिए विशिष्ट गुप्त ऊष्मा है (kJ kg^-1 या बीटीयू में lb^-1), या तो L_f संयोजन के लिए, या एल_v वाष्पीकरण के लिए।

विशिष्ट गुप्त तापों की तालिका

निम्न तालिका कुछ सामान्य तरल पदार्थ और गैसों की विशिष्ट गुप्त ऊष्मा और चरण तापमान (मानक दबाव पर) में परिवर्तन दिखाती है।

पदार्थ	विलय का SLH (kJ/kg)	गलनांक (°C)	वाष्पीकरण का SLH (kJ/kg)	क्वथनाक (°C)
एथिल अल्कोहल	108	−114	855	78.3
अमोनिया	332.17	−77.74	1369	−33.34
कार्बन डाइऑक्साइड	184	−78	574
हिलिअम			21	−268.93
उदजन(2)	58	−259	455	−253
सीसा	23.0	327.5	871	1750
मीथेन	59	−182.6	511	−161.6
भूयाति	25.7	−210	200	−196
प्राणवायु	13.9	−219	213	−183
प्रशीतक R134a		−101	215.9	−26.6
प्रशीतक R152a		−116	326.5	-25
सिलिकॉन	1790	1414	12800	3265
टॉलूईन	72.1	−93	351	110.6
तारपीन			293
जल	334	0	2264.705	100

बादलों में जल के संघनन के लिए विशिष्ट गुप्त ऊष्मा

-25 डिग्री सेल्सियस से 40 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान में पानी के संघनन की विशिष्ट गुप्त ऊष्मा निम्नलिखित अनुभवजन्य त्रिविमीय फलन द्वारा अनुमानित है:

$L_{\text{water}}(T)\approx \left(2500.8-2.36T+0.0016T^{2}-0.00006T^{3}\right)~{\text{J/g}},$

जहां तापमान $T$ डिग्री सेल्सियस में संख्यात्मक मान के रूप में लिया जाता है।

ऊर्ध्वपातन और निक्षेपण से और बर्फ में, विशिष्ट गुप्त ऊष्मा -40 डिग्री सेल्सियस से 0 डिग्री सेल्सियस तक तापमान सीमा में लगभग स्थिर है और निम्नलिखित अनुभवजन्य द्विघात फलन द्वारा अनुमानित किया जा सकता है:

$L_{\text{ice}}(T)\approx \left(2834.1-0.29T-0.004T^{2}\right)~{\text{J/g}}.$

तापमान (या दबाव) के साथ भिन्नता

पानी, मेथनॉल, बेंजीन और एसीटोन के लिए वाष्पीकरण की ऊष्मा की तापमान-निर्भरता।

जैसे ही तापमान (या दबाव) महत्वपूर्ण बिंदु (ऊष्मागतिक्स) तक बढ़ता है, वाष्पीकरण की गुप्त ऊष्मा शून्य हो जाती है।

यह भी देखें

• बोवेन अनुपात
• भंवर सहप्रसरण प्रवाह (भंवर सहसंबंध, भंवर प्रवाह)
• उर्ध्वपातन (भौतिकी)
• विशिष्ट ऊष्मा की क्षमता
• संलयन की तापीय धारिता
• वाष्पीकरण की तापीय धारिता