Co to jest transfer ciepła utajonego?

Przejścia między fazą stałą, ciekłą i gazową materiału wymagają dużej ilości energii. Energia wymagana do przejścia jest znana jako transfer ciepła utajonego. Ostatnio badacze zajmujący się alternatywną energią przyglądali się sposobom wykorzystania utajonego transferu ciepła do przechowywania energii do czasu jej wykorzystania. Na przykład w jednym z badań Departamentu Energii (DOE) rozważa się, czy skoncentrowana energia słoneczna mogłaby wykorzystać stopioną sól do magazynowania energii cieplnej.

Gdy dwie substancje o różnych temperaturach stykają się ze sobą, substancja o wyższej temperaturze przekazuje ciepło do substancja o niższej temperaturze w procesie zwanym „przenoszeniem ciepła jawnego”. Na przykład, gdy słońce zachodzi, powietrze staje się zimniejsze i chłodniejsze niż ziemia. Ziemia oddaje część swojego ciepła do powietrza, powodując ochłodzenie gruntu i ocieplenie powietrza.

W momencie, gdy jedna z substancji jest gotowa do zmiany stanu lub faz (stała w ciecz, ciecz w gaz, itp.), ciepło jest przenoszone z jednej substancji bez odpowiedniego przesunięcia temperatury w drugiej substancja. Ten proces wydzielania lub pochłaniania ciepła bez zmiany temperatury jest znany jako „przenoszenie ciepła utajonego”.

Ilość ciepła, która musi zostać dodana do cieczy, aby zamienić ją w gaz (tj. wodę w parę) nazywana jest „utajonym ciepłem parowania”, podczas gdy ilość ciepła, która musi zostać dodana do ciała stałego, aby zmienić go w ciecz (lód w wodę) to „utajone ciepło topnienia”. Ilość energii, którą należy dodać zmiana fazy jednego grama substancji jest znacznie większa niż energia potrzebna do podniesienia temperatury jednego grama tej samej substancji o jeden stopień Celsjusz. Energia potrzebna do podniesienia grama o jeden stopień nazywana jest „ciepłem właściwym” substancji. Ciepło właściwe wody wynosi 1 kaloria/gram °C, a ciepło topnienia 79,7 kal/gram.

Energia nie jest tracona podczas wymiany ciepła utajonego. Na przykład topnienie lodu powoduje pochłanianie ciepła utajonego. Gdy woda zamarza, uwalniane jest ciepło utajone. Podobnie, gdy woda wyparowuje, pochłania energię, ale gdy woda się skrapla, energia jest uwalniana.

Wiele alternatywnych źródeł energii jest ograniczonych, ponieważ nie mogą zapewnić stałej produkcji energii. Generatory słoneczne produkują tylko wtedy, gdy świeci słońce, a turbiny wiatrowe oczywiście działają tylko wtedy, gdy wieje wiatr. Doprowadziło to do wzmożonych badań nad tanimi i skutecznymi sposobami przechowywania energii do czasu: potrzebne (na przykład do przechowywania nadmiaru energii słonecznej wytworzonej w słoneczny dzień do wykorzystania w okresie noc).
Systemy magazynowania utajonej energii cieplnej (LHTES) mogą magazynować i odprowadzać duże ilości energii w miarę topienia się i krzepnięcia substancji. Potrzebne są dodatkowe badania, aby zdecydować, które materiały mają odpowiednie właściwości, które mogą umożliwić wszystkim, od samochodów po fabryki, efektywne wykorzystanie utajonego transferu ciepła.