تتضمن التحولات بين أطوار المادة الصلبة والسائلة والغازية كميات كبيرة من الطاقة. تُعرف الطاقة المطلوبة للانتقال باسم نقل الحرارة الكامن. في الآونة الأخيرة ، كان باحثو الطاقة البديلة يبحثون عن طرق يمكن من خلالها استخدام نقل الحرارة الكامن لتخزين الطاقة لحين الحاجة إليها. على سبيل المثال ، تدرس إحدى دراسات وزارة الطاقة (DOE) ما إذا كانت الطاقة الشمسية المركزة يمكن أن تستخدم الملح المصهور لتخزين الطاقة الحرارية.
نقل الحرارة المعقول
عندما تتلامس مادتان بدرجات حرارة مختلفة مع بعضهما البعض ، فإن المادة ذات درجة الحرارة الأعلى تنقل الحرارة إلى مادة ذات درجة حرارة منخفضة في عملية تسمى "نقل الحرارة المعقول". على سبيل المثال ، عندما تغرب الشمس ، يصبح الهواء أكثر برودة ويصبح أكثر برودة من أرض. تنقل الأرض بعض حرارتها إلى الهواء مما يؤدي إلى برودة الأرض وزيادة دفء الهواء.
انتقال الحرارة الكامن
عند النقطة التي تكون فيها إحدى المواد جاهزة لتغيير حالتها أو مراحلها (صلب إلى سائل ، سائل إلى غاز ، إلخ) ، تنتقل الحرارة من مادة ما دون تغير مماثل في درجة الحرارة في المادة الأخرى مستوى. تُعرف عملية إطلاق الحرارة أو امتصاصها دون تغيير درجة الحرارة باسم "نقل الحرارة الكامن".
أنواع
تسمى كمية الحرارة التي يجب إضافتها إلى سائل لتغييره إلى غاز (أي الماء إلى بخار) "الحرارة الكامنة للتبخر" ، بينما يُطلق على كمية الحرارة التي يجب إضافتها إلى مادة صلبة لتغييرها إلى سائل (جليد إلى ماء) هي "الحرارة الكامنة للانصهار". كمية الطاقة التي يجب إضافتها لتغيير طور جرام واحد من مادة ما أكبر بكثير من الطاقة المطلوبة لرفع درجة حرارة جرام واحد من نفس المادة بدرجة واحدة درجة مئوية. الطاقة اللازمة لرفع غرام واحد درجة تسمى "الحرارة النوعية" للمادة. يحتوي الماء على حرارة محددة تبلغ 1 سعرة حرارية / جرام درجة مئوية وحرارة الانصهار 79.7 كالوري / جرام.
الاعتبارات
لا تضيع الطاقة أثناء نقل الحرارة الكامن. على سبيل المثال ، يؤدي ذوبان الجليد إلى امتصاص الحرارة الكامنة. متي يتجمد الماء، يتم تحرير الحرارة الكامنة. وبالمثل ، عندما يتبخر الماء ، فإنه يمتص الطاقة ، ولكن عندما يتكثف الماء ، يتم إطلاق الطاقة.
فوائد
العديد من مصادر الطاقة البديلة محدودة لأنها لا تستطيع توفير إنتاج ثابت للطاقة. تنتج المولدات الشمسية فقط عندما تكون الشمس مشرقة ، ومن الواضح أن توربينات الرياح تعمل فقط عندما تهب الرياح. وقد أدى ذلك إلى زيادة البحث في طرق منخفضة التكلفة وفعالة لتخزين الطاقة حتى اللازمة (على سبيل المثال ، لتخزين الكهرباء الشمسية الزائدة المنتجة في يوم مشمس لاستخدامها خلال ليلة).
يمكن لأنظمة تخزين الطاقة الحرارية الحرارية الكامنة (LHTES) تخزين وتفريغ كميات كبيرة من الطاقة عندما تذوب المواد وتتصلب. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد المواد التي لها الخصائص الصحيحة التي يمكن أن تسمح لكل شيء من السيارات إلى المصانع بالاستفادة الفعالة من نقل الحرارة الكامن.