잠열 — 현열과 잠열의 차이, 융해열·기화열과 상태 변화 | 기초 열역학 1.4.2-2
기초 열역학Chapter 01 열역학 기초 › Section 04 에너지와 열
1.4.2-2 잠열
열을 넣는데도 온도계 눈금이 움직이지 않는 구간이 있음. 그 열이 상을 바꾸는 데 쓰이기 때문이며, 이것이 잠열임. 앞 편의 현열과 나란히 놓고 무엇을 바꾸는 열인지로 갈라 봄.
01잠열 — 온도계가 멈춘 채 드나드는 열교재 52p
앞 편의 현열은 온도를 올리고 내리는 열. 이 편은 온도를 그대로 둔 채 상만 바꾸는 열.
- 잠열(Latent Heat, L) — 물질이 고체·액체·기체로 상을 바꿀 때, 온도는 변하지 않으면서 흡수하거나 방출하는 에너지.
- 숨겨진(latent) 열 — 온도계 눈금에 잡히지 않으므로 겉으로 드러나지 않음.
- 눈금이 멈춘 구간 — 눈금이 멈췄다고 해서 열의 출입까지 멈춘 것은 아님. 들어간 열은 상을 바꾸는 쪽으로 쓰임.
02현열과 잠열 — 같은 열인데 무엇을 바꾸는가교재 47p~52p
- 가르는 기준은 「무엇이 변하는가」 — 온도가 변하면 현열, 상이 변하면 잠열.
- 둘 다 열 — 성질이 다른 에너지가 아니라, 받은 열이 쓰이는 자리가 다를 뿐임.
- 한 번에 하나 — 온도가 오르는 동안에는 상이 그대로, 상이 바뀌는 동안에는 온도가 그대로.
- 묻는 말이 갈림 — 「몇 도까지 올리는가」를 물으면 현열, 「상을 다 바꾸는 데 얼마가 드는가」를 물으면 잠열.
| 구분 | 현열 | 잠열 |
|---|---|---|
| 바꾸는 것 | 온도 | 상(고체·액체·기체) |
| 온도 변화 | 있음 | 없음 |
| 열량 | Q = mcΔT | Q = mL |
03상태 변화에 드는 열량 — Q = mL교재 52p
- Q = mL (1.27) — 상태 변화에 필요한 총열량은 질량 m 과 잠열 상수 L 의 곱.
- L 은 물질 고유의 특성 — 단위 질량이 상을 바꾸는 데 드는 열량이므로 단위는 kJ/kg.
- m 은 상을 바꾼 양 — 같은 물질이라도 질량이 두 배면 드는 열량도 두 배.
- 세 자리뿐인 식 — Q · L · m 셋 가운데 둘을 알면 나머지 하나가 정해짐.
04식에서 ΔT 가 사라지는 까닭 — 곱할 온도 차이가 없음교재 52p
- 현열 쪽 — Q = mcΔT 에서 ΔT 가 열량을 정하는 자리.
- 잠열 쪽 — 상이 바뀌는 동안 온도가 그대로이므로 ΔT 자체가 0, 곱할 온도 차이가 남지 않음.
- 그래서 남는 것은 m 과 L 뿐 — 비열 c 대신 잠열 상수 L 이 그 자리를 이어받음.
- 온도가 빠진 대가 — 몇 도인지가 아니라 어느 상에서 어느 상으로 넘어가는지가 열량을 정함.
05잠열의 두 갈래 — 어느 상에서 어느 상으로 넘어가는가교재 52p~53p
1융해 잠열 Lf
- 단위 질량의 고체가 같은 온도에서 액체로 변할 때 흡수하는 열량.
- 반대 방향인 응고(액체 → 고체)에서는 같은 크기의 열을 방출.
2기화 잠열 Lv
- 단위 질량의 액체가 같은 온도에서 기체로 변할 때 흡수하는 열량.
- 반대 방향인 응축(기체 → 액체)에서는 같은 크기의 열을 방출.
어느 쪽이 흡수이고 어느 쪽이 방출인가
- 흡수 — 고체 → 액체 → 기체 방향. 굳어 있던 것이 풀리는 쪽으로 갈 때 열을 받음.
- 방출 — 기체 → 액체 → 고체 방향. 되돌아오는 쪽으로 갈 때 열을 내놓음.
- 크기는 그대로 — 방향이 반대여도 주고받는 열의 크기는 같음.
06예제 — Q · L · m 가운데 한 자리씩 비우기교재 53p~54p
- Q 를 묻는 갈래 — 질량과 잠열 상수를 주고 흡수한 총열량을 물음.
- L 을 묻는 갈래 — 총열량과 질량을 주고 단위 질량당 열량을 물음.
- m 을 묻는 갈래 — 총열량과 잠열 상수를 주고 상을 바꾼 질량을 물음.
| 예제 | 묻는 것 | 답 |
|---|---|---|
| 1.57 | 얼음이 물로 변하며 흡수한 열량 | 600kJ |
| 1.58 | 물이 수증기로 변하며 흡수한 열량 | 6000kJ |
| 1.59 | 1kg당 필요한 열량 | 200kJ/kg |
| 1.60 | 기체로 변한 액체의 질량 | 3kg |
교재 53p~54p 에 예제 4개가 있음. 풀이 과정은 교재에서 확인.
이 절의 핵심 정리
- 잠열은 온도를 바꾸지 않고 상을 바꾸는 데 쓰이는 숨은 열이다.
- 상태 변화에 드는 총열량은 Q = mL 로 구한다.
- 온도가 변하면 현열, 상이 변하면 잠열로 갈린다.
- 융해 잠열 Lf는 고체가 액체로, 기화 잠열 Lv는 액체가 기체로 변할 때의 값이다.
- 반대 방향으로 갈 때는 같은 크기의 열을 방출한다.
강의 자료1.4.2-2 잠열
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