Ce este transferul de căldură latent?

Tranzițiile dintre fazele solide, lichide și gazoase ale unui material implică cantități mari de energie. Energia necesară tranziției este cunoscută sub numele de transfer latent de căldură. Recent, cercetătorii în domeniul energiei alternative au căutat modalități prin care acest transfer latent de căldură poate fi utilizat pentru a stoca energie până când este nevoie. De exemplu, un studiu al Departamentului Energiei (DOE) are în vedere dacă energia solară concentrată ar putea utiliza sarea topită pentru stocarea energiei termice.

Când două substanțe cu temperaturi diferite sunt aduse în contact una cu cealaltă, substanța cu temperatura mai mare transferă căldura către substanță cu temperatura mai scăzută într-un proces numit „transfer sensibil de căldură”. De exemplu, când apune soarele, aerul devine mai rece și devine mai rece decât sol. Pământul își transferă o parte din căldură în aer, făcând solul să se răcească și aerul să se încălzească.

În momentul în care una dintre substanțe este pregătită să schimbe starea sau fazele (solid în lichid, lichid în gaz, etc), căldura este transferată dintr-o substanță fără o schimbare de temperatură corespunzătoare în cealaltă substanţă. Acest proces de degajare sau absorbție a căldurii fără schimbarea temperaturii este cunoscut sub numele de „transfer latent de căldură”.

Cantitatea de căldură care trebuie adăugată unui lichid pentru a-l transforma într-un gaz (adică apă în abur) se numește „căldură latentă de vaporizare”, în timp ce cantitatea de căldură care trebuie adăugată unui solid pentru a-l transforma într-un lichid (gheață în apă) este „căldura latentă de fuziune”. Cantitatea de energie care trebuie adăugată schimbarea fazei unui gram dintr-o substanță este mult mai mare decât energia necesară pentru a crește temperatura unui gram din aceeași substanță cu un grad Celsius. Energia necesară pentru a crește un gram un grad se numește „căldura specifică” a substanței. Apa are o căldură specifică de 1 calorie / gram ° C și o căldură de fuziune de 79,7 cal / gram.

Energia nu se pierde în timpul transferului de căldură latent. De exemplu, topirea gheții determină absorbția căldurii latente. Cand apa ingheata, se eliberează căldura latentă. În mod similar, atunci când apa se evaporă, aceasta absoarbe energia, dar atunci când apa se condensează, energia este eliberată.

Multe surse alternative de energie sunt limitate deoarece nu pot asigura o producție constantă de energie. Generatoarele solare se produc numai atunci când soarele strălucește, iar turbinele eoliene funcționează în mod evident doar când bate vântul. Acest lucru a dus la cercetări sporite privind modalități eficiente și ieftine de stocare a energiei până la necesare (de exemplu, pentru a stoca excesul de energie electrică solară produsă într-o zi însorită pentru a fi utilizat în timpul noapte).
Sistemele latente de stocare a energiei termice termice (LHTES) ar putea stoca și descărca cantități mari de energie pe măsură ce substanțele se topesc și se solidifică. Sunt necesare cercetări suplimentare pentru a decide ce materiale au caracteristicile corecte care ar putea permite totul, de la mașini la fabrici, să utilizeze în mod eficient transferul de căldură latent.