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潜热

已有 9731 次阅读 2018-5-29 21:10 |个人分类:物理学史|系统分类:科普集锦

潜热是英国科学家Black(他还发现了二氧化碳)在1762年发现的。

据说他试图用一桶温水融化一桶冰,结果惊讶地发现,最后还剩下好多冰。这让他意识到,从零度的冰到零度的水其实不容易,外界需要提供大量的热。而在提供如此可观的热之后,系统温度居然并没有变化,系统热量增加并不表现为温度升高,热量似乎以某种方式潜藏起来了。这便是latent heat这个词的来历。

现在我们知道,冰融化需要的潜热是非常可观的,而这一事实对人类的生活意义巨大。如果不是因为冰雪融化需要的潜热,太阳出来后,西伯利亚等地区数米厚的积雪可能迅速融化,从而形成洪水。

冰水相变需要的潜热导致冰的长期储存和远距离运输成为可能。今天人们已经难以相信,在19世纪,自然冰的贸易曾经极度发达。美国和挪威是当时两个主要的冰的出口国,在美国出口到墨西哥的货物中,价值居第二位的就是冰(第一位是棉花)!

下图是当时冰贸易的图景(来自wiki):

冰贸易的全球分布图:

从美国到墨西哥,甚至到印度中国!在中间长达几个月的运输中,冰也不会完全融化。

显然,能够获得冰,对工农渔业意义重大。因为没有冰,过去福建的渔民就没必要打捞太多的鱼,反正打起来了也很快就腐败掉了。可是一旦有了冰,世界范围内的渔民便本着多多益善的原则疯狂捕捞。2015年5月,博主在撒哈拉沙漠边缘惊讶地发现,当地市场有大量鱼虾出售,用来冷藏的冰块半天也化不了。

在热力学里,潜热出现在著名的Clausius-Clapeyron公式里,简单推导如下(公式的发现者肯定不是用的这个现代途径):

这个公式在冰的融化上有重要应用。冰融化时体积是减小的,所以按照这个公式,冰的熔点随着压强增加,不是升高而是降低!据说冰川的流动即依赖于这一事实。在冰川底部压力巨大,因此其底部处在融化状态,起到润滑作用。

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