潛熱

潛熱是英國科學家Black(他還發現了二氧化碳)在1762年發現的。

據說他試圖用一桶溫水融化一桶冰,結果驚訝地發現,最後還剩下好多冰。這讓他意識到,從零度的冰到零度的水其實不容易,外界需要提供大量的熱。而在提供如此可觀的熱之後,系統溫度居然並沒有變化,系統熱量增加並不表現為溫度升高,熱量似乎以某種方式潛藏起來了。這便是latent heat這個詞的來歷。

現在我們知道,冰融化需要的潛熱是非常可觀的,而這一事實對人類的生活意義巨大。如果不是因為冰雪融化需要的潛熱,太陽出來後,西伯利亞等地區數米厚的積雪可能迅速融化,從而形成洪水。

冰水相變需要的潛熱導致冰的長期儲存和遠距離運輸成為可能。今天人們已經難以相信,在19世紀,自然冰的貿易曾經極度發達。美國和挪威是當時兩個主要的冰的出口國,在美國出口到墨西哥的貨物中,價值居第二位的就是冰(第一位是棉花)!

下圖是當時冰貿易的圖景(來自wiki):

潜热

冰貿易的全球分佈圖:

潜热

從美國到墨西哥,甚至到印度中國!在中間長達幾個月的運輸中,冰也不會完全融化。

顯然,能夠獲得冰,對工農漁業意義重大。因為沒有冰,過去福建的漁民就沒必要打撈太多的魚,反正打起來了也很快就腐敗掉了。可是一旦有了冰,世界範圍內的漁民便本著多多益善的原則瘋狂捕撈。2015年5月,博主在撒哈拉沙漠邊緣驚訝地發現,當地市場有大量魚蝦出售,用來冷藏的冰塊半天也化不了。

在熱力學裡,潛熱出現在著名的Clausius-Clapeyron公式裡,簡單推導如下(公式的發現者肯定不是用的這個現代途徑):

潜热

這個公式在冰的融化上有重要應用。冰融化時體積是減小的,所以按照這個公式,冰的熔點隨著壓強增加,不是升高而是降低!據說冰川的流動即依賴於這一事實。在冰川底部壓力巨大,因此其底部處在融化狀態,起到潤滑作用。

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