Il calore latente è l’energia assorbita da una sostanza quando cambia stato; ad esempio, da solido a liquido - nel qual caso è noto come calore latente di fusione - o da liquido a gas - nel qual caso è noto come calore latente di vaporizzazione. Quando una sostanza passa da gas a liquido o viceversa, nel corso del processo si restituisce la stessa quantità di energia. Poiché il calore non provoca una variazione di temperatura nel momento in cui avviene il cambiamento di stato, sembra essere nascosto: ecco perché lo si denomina ‘latente’.
Il calore latente è noto anche come calore di cambiamento di stato di una sostanza. Tutti questi cambiamenti richiedono l'aggiunta o perdita di calore. Tuttavia, il calore latente non produce alcun effetto sulla temperatura di una sostanza.
Per comprendere appieno questo concetto, è utile confrontarlo con il calore sensibile. Il calore sensibile è definito come il calore che provoca una variazione della temperatura di una sostanza senza provocare alcun cambiamento di stato. Il calore sensibile è il calore che causa una variazione di temperatura in un oggetto: quando un oggetto viene riscaldato, la sua temperatura aumenta in quanto è stato aggiunto calore. Il calore latente, invece, è il calore che provoca il cambiamento di stato di una sostanza senza modificarne la temperatura.
Comprendere questa differenza è fondamentale per capire perché nei sistemi di raffrescamento si utilizza il refrigerante e spiega anche perché per definire la capacità di raffrescamento di un'unità si utilizzano i termini "capacità totale" (calore sensibile e latente) e "capacità sensibile".
Esempi di Calore Latente nell'Acqua
Tutte le sostanze pure presenti in natura sono in grado di cambiare di stato: i solidi possono trasformarsi in liquidi (il ghiaccio in acqua) e i liquidi possono trasformarsi in gas (l'acqua in vapore). I passaggi di stato delle sostanze pure avvengono infatti a temperature ben precise e caratteristiche per ogni sostanza; queste temperature rimangono costanti per tutta la durata del processo.
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Nel caso del calore latente dell’acqua, va specificato che essa ha un proprio calore latente distinto per i processi di fusione, vaporizzazione e condensazione. Ad esempio, per passare dallo stato solido a quello liquido è necessario che la temperatura sia di 0°C e che il calore latente sia di 334 J/kg. Sono necessari 2.260 J/kg per passare da liquido a vapore (cioè un cambiamento alla temperatura di 100°C).
L'acqua, per esempio, mantiene una temperatura pari a 100 °C quando è in ebollizione: il calore aggiunto per portare l'acqua ad ebollizione è calore latente. Come la fusione, anche l'ebollizione è un processo che richiede energia. Il calore latente di vaporizzazione (o di ebollizione), fornito durante l'ebollizione della sostanza, viene utilizzato per indebolire le forze di coesione tra le particelle del liquido, permettendo loro di allontanarsi fino a passare allo stato di vapore.
Nel caso della fusione del ghiaccio, ad esempio, la temperatura resta costante per tutto il processo anche se il sistema continua ad assorbire energia dall'ambiente sotto forma di calore. Tale quantità di energia è chiamata calore latente di fusione. Nel caso della fusione, il calore assorbito viene utilizzato per vincere le forze di coesione che mantengono le molecole fisse, vicine le une alle altre.
Nel caso della condensazione, gli effetti del calore latente sono legati ai cambiamenti di fase. Si deve tenere conto dell’entalpia di condensazione, che è uguale all’entalpia di vaporizzazione ma con segno opposto.
Tabella dei Valori del Calore Latente dell'Acqua
| Processo | Temperatura | Calore Latente (J/kg) |
|---|---|---|
| Fusione (solido a liquido) | 0°C | 334 |
| Vaporizzazione (liquido a vapore) | 100°C | 2.260 |
Esempio di Calcolo del Calore Latente
Svolgiamo un esempio per rendere più chiare le idee. Supponiamo di volere determinare la quantità di calore necessaria per fondere un cubetto di ghiaccio di massa 120 g che si trova alla temperatura di 0°C.
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Pertanto per fondere 120 g di ghiaccio che si trovano alla temperatura di 0°C è necessario fornire una quantità di calore pari a 40.020 J.
Curva di riscaldamento dell'acqua distillata: si nota che durante la fusione e durante l'ebollizione la temperatura rimane costante.
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