Переходы между твердой, жидкой и газообразной фазами материала требуют большого количества энергии. Энергия, необходимая для перехода, известна как скрытая теплопередача. Недавно исследователи альтернативной энергетики изучали способы использования этой скрытой теплопередачи для хранения энергии до тех пор, пока она не понадобится. Например, в одном исследовании Министерства энергетики (DOE) рассматривается вопрос о том, может ли концентрированная солнечная энергия использовать расплавленную соль для хранения тепловой энергии.
Явная теплопередача
Когда два вещества с разной температурой контактируют друг с другом, вещество с более высокой температурой передает тепло телу. вещество с более низкой температурой в процессе, называемом «явной теплопередачей». Например, когда солнце садится, воздух становится холоднее и холоднее, чем земля. Земля передает часть своего тепла воздуху, в результате чего земля становится холоднее, а воздух - теплее.
Скрытая теплопередача
В момент, когда одно из веществ готово к изменению состояния или фаз (твердое вещество в жидкость, жидкость в газ, и т. д.) тепло передается от одного вещества без соответствующего температурного сдвига в другом субстанция. Этот процесс передачи или поглощения тепла без изменения температуры известен как «скрытая теплопередача».
Типы
Количество тепла, которое необходимо добавить к жидкости, чтобы превратить ее в газ (т.е. вода в пар), называется «скрытой теплотой парообразования», в то время как количество тепла, которое необходимо добавить к твердому телу, чтобы превратить его в жидкость (лед в воду), - это «скрытая теплота плавления». Количество энергии, которое необходимо добавить для изменения фазы одного грамма вещества намного больше энергии, необходимой для повышения температуры одного грамма того же вещества на один градус Цельсия. Энергия, необходимая для того, чтобы поднять грамм на один градус, называется «удельной теплоемкостью» вещества. Вода имеет удельную теплоемкость 1 калория / грамм ° C и теплоту плавления 79,7 кал / грамм.
Соображения
Энергия не теряется при скрытой теплопередаче. Например, таяние льда вызывает поглощение скрытого тепла. Когда вода замерзает, скрытое тепло выделяется. Точно так же, когда вода испаряется, она поглощает энергию, но когда вода конденсируется, энергия высвобождается.
Преимущества
Многие альтернативные источники энергии ограничены, потому что они не могут обеспечить постоянное производство энергии. Солнечные генераторы работают только тогда, когда светит солнце, а ветряные турбины, очевидно, работают только тогда, когда дует ветер. Это привело к расширению исследований недорогих и эффективных способов хранения энергии до тех пор, пока необходимо (например, для хранения избыточной солнечной электроэнергии, произведенной в солнечный день, для использования во время ночь).
Системы скрытого накопления тепловой энергии (LHTES) могут накапливать и выделять большое количество энергии по мере плавления и затвердевания веществ. Необходимы дополнительные исследования, чтобы решить, какие материалы обладают правильными характеристиками, которые позволят всему, от автомобилей до заводов, эффективно использовать скрытую теплопередачу.