Nhiệt ẩn hoá hơi là gì?

Nhiệt ẩn hóa hơi là một thành phần quan trọng của năng lượng mà chúng ta phải xem xét khi xây dựng và sử dụng các thiết bị sử dụng nước, như hệ thống làm lạnh, máy lạnh và các quy trình công nghiệp liên quan đến hơi nước như lò hơi, vv. Bài viết sau sẽ đưa bạn khám phá chi tiết hơn về khái niệm này.

Nhiệt ẩn hoá hơi là gì?

Nhiệt ẩn hóa hơi của nước là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo về lượng chất đó để nó chuyển từ trạng thái thái lỏng sang trạng thái khí ở nhiệt độ bay hơi ở cùng một nhiệt độ và áp suất ổn định nhất.

Ví dụ: Ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn (1atm hoặc 101,325 kPa), nhiệt hóa hơi của nước là khoảng 2260 kJ/kg. Điều này có nghĩa là mỗi kilôgam nước ở điều kiện áp suất tiêu chuẩn sẽ hấp thụ hoặc giải phóng 2260 kJ nhiệt năng khi chuyển đổi từ trạng thái thái lỏng sang trạng thái hơi hoặc ngược lại, mà không có sự thay đổi nào về nhiệt độ.

Nhiệt ẩn hoá hơi là gì

Nhiệt ẩn hoá hơi có đo trực tiếp được hay không? Và cách xác định giá trị của nó

Nhiệt ẩn hoá hơi có đo trực tiếp được không?

Nhiệt ẩn hóa hơi không thể đo trực tiếp bằng các thiết bị đo nhiệt độ thông thường như nhiệt kế, vì nó không gây ra sự thay đổi về nhiệt trong quá trình chuyển đổi từ chất lỏng sang hơi (và ngược lại). Thay vào đó, ta sử dụng các phương pháp tính toán để xác định nhiệt độ biến hóa hơi dựa trên thông số nhiệt độ và áp suất của chất lỏng trong quá trình biến đổi.

Cách xác định nhiệt ẩn hoá hơi

Công thức phổ biến để tính toán nhiệt ẩn hoá hơi của nước (ở đơn vị kJ/kg) ở nhiệt độ và áp suất rõ ràng nhất là sử dụng bảng hoặc biểu đồ nhiệt độ-entropy (Ts) của nước. Các bảng và biểu đồ này cung cấp các giá trị nhiệt biến đổi hơi nước ở các điểm nhiệt độ và áp suất khác nhau.

Các giá trị nhiệt ânt hóa hơi của nước cũng có thể được tính toán bằng cách sử dụng phương pháp Clausius-Clapeyron, một phương trình liên quan đến sự biến đổi áp suất và nhiệt độ của nước. Phương pháp Clausius-Clapeyron dựa trên lý tưởng mô hình khí để mô tả chuyển đổi từ chất lỏng sang hơi. Điều này có nghĩa là ta định rằng chất lỏng và hơi giả đều hoạt động như một khí lý tưởng trong quá trình này. Phương trình Clausius-Clapeyron có dạng:

ΔH = (ΔS * ΔT) / T

Trong đó: ΔH là nhiệt ẩn hóa hơi (kJ/kg).

ΔS là sự thay đổi entropy giữa chất lỏng và hơi (kJ/(kg·K)).

ΔT là sự thay đổi nhiệt độ giữa chất lỏng và hơi (K).

Nhiệt độ tuyệt đối đối với (K), ta có thể sử dụng °C và cộng thêm 273,15 để chuyển đổi sang ^oK.

Đồ thị nhiệt độ của các pha của nước khi được làm nóng từ nhiệt độ −100 °C tới 200 °C

Ở đồ thị này cho thấy, đường nét đứt là ví dụ cho thấy nóng chảy và làm nóng 1 kg nước đá ở −50 °C thành nước ở 40 °C cần 600 kJ nhiệt lượng.

Nhiệt ẩn hoá hơi riêng

Nhiệt ẩn hoá hơi riêng (L) mô tả lượng năng lượng dưới dạng nhiệt (Q) cần thiết để gây ra sự chuyển pha hoàn toàn của một đơn vị khối lượng (m), thường là 1kg, của một chất. Ẩn nhiệt riêng là một đại lượng có tính chất nội hàm, tức là đặc tính của vật liệu và không phụ thuộc vào kích cỡ hay lượng của mẫu.

Từ định nghĩa này, ẩn nhiệt của một khối lượng chất đã cho được tính bằng:

Q = m.L

Trong đó:

Q: là lượng năng lượng được tỏa ra hoặc hấp thụ trong quá trình chuyển pha của chất (đo bằng kJ hoặc BTU),

m: là khối lượng của chất (bằng kg hoặc lb),

L: là ẩn nhiệt riêng của chất đó (kJ kg−1 hoặc BTU lb−1)

Bảng nhiệt ẩn hoá hơi của một số chất

Dưới đây là bảng số liệu thống kê về nhiệt ẩn hoá hơi của một số chất thông dụng ở điều kiện tiêu chuẩn:

Sự khác biệt giữa hoá hơi và bay hơi?

Sự bay hơi và hóa hơi là quá trình mà một chất lỏng được chuyển thành pha khí của nó. Sự khác biệt cơ bản giữa bay hơi và hóa hơi là sự bay hơi của chất lỏng xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi của chất lỏng đó, trong khi hóa hơi xảy ra ở nhiệt độ sôi của chất lỏng. Hơn nữa, sự bay hơi xảy ra khi áp suất hơi của chất lỏng thấp hơn áp suất bên ngoài bao quanh chất lỏng trong khi sự hóa hơi xảy ra khi áp suất hơi của chất lỏng bằng áp suất bên ngoài.

Hơn nữa, trong quá trình bay hơi, các phân tử ở bề mặt chất lỏng rời đi trước trong khi quá trình hóa hơi có thể xảy ra ở bất kỳ vị trí nào của chất lỏng (đó là lý do tại sao chúng ta có thể thấy nước sủi bọt ở đáy bình khi nó chuẩn bị bay hơi).

Biến thiên của nhiệt ẩn hoá hơi với nhiệt độ và áp suất

Khi nhiệt độ (hay áp suất) tiến dần tới điểm tới hạn, ẩn nhiệt hóa hơi xuống dần tới 0.

Biểu đồ dưới đây là sự thể hiện rõ nét về sự phụ thuộc nhiệt độ của nhiệt ẩn hoá hơi của nước, methanol, benzen và acetol.

Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của ẩn nhiệt hóa hơi

Trên đây là một số chia sẻ của chúng tôi tới bạn về nhiệt ẩn hoá hơi- một khái niệm quan trọng trong lĩnh vực nhiệt động học. Một số thông tin khác về khái niệm này đã được chúng tôi cập nhật ở bài viết khác của website, mời bạn ghé đọc khi có nhu cầu tìm hiểu thêm nhé.