Zmiany fazowe

Przejścia fazowe odgrywają ważną rolę teoretyczną i praktyczną w badaniu przepływu ciepła. Podczas topienia lub stapiania ciało stałe zamienia się w ciecz; procesem odwrotnym jest zamrażanie. Podczas parowania ciecz zamienia się w gaz; procesem odwrotnym jest kondensacja.

Substancja topi się lub zamarza w temperaturze zwanej temperaturą topnienia, a wrze lub skrapla się w tej temperaturze wrzenia. Temperatury te zależą od ciśnienia. Wysokie ciśnienie faworyzuje gęstszą postać substancji, więc zazwyczaj wysokie ciśnienie podnosi temperaturę topnienia i wrzenia, a niskie ciśnienie je obniża.

Na przykład temperatura wrzenia wody wynosi 100 °C przy 1,00 atm. Przy wyższych ciśnieniach temperatura wrzenia jest wyższa, a przy niższych ciśnieniach niższa. Głównym wyjątkiem jest topienie i zamarzanie wody.

Energia związana ze zmianą fazową zależy od liczby wiązań lub par sił i ich siły. Liczba wiązań jest proporcjonalna do liczby cząsteczek, a co za tym idzie do masy próbki. Energia na jednostkę masy wymagana do przejścia substancji z fazy stałej w fazę ciekłą lub uwolniona podczas zmiany substancji z cieczy w ciało stałe jest nazywana ciepłem topnienia. Energia na jednostkę masy wymagana do przejścia substancji z fazy ciekłej w fazę gazową nazywana jest ciepłem parowania. Ponadto utajone ciepło topnienia i utajone ciepło parowania są stałymi materiałowymi, które można określić eksperymentalnie. Stałe te są „ukryte” lub ukryte, ponieważ podczas zmian fazowych energia wchodzi do układu lub wychodzi z niego, nie powodując zmiany temperatury w układzie; w efekcie energia jest ukryta.