Latente Wärme

Als latente Wärme ("latent" lat. für "verborgen") bezeichnet man die bei einem Phasenübergang aufgenommene oder abgegebene Wärmemenge. Latent heißt sie deshalb, weil die Aufnahme bzw. Abgabe dieser Wärme nicht zu einer Temperaturänderung führt. Vorgänge, bei denen die Energiezufuhr/Energiewegfuhr zu einer Temperaturänderung führen, werden sensible Wärme oder fühlbare Wärme genannt. Spezielle Beispiele sind die

• Verdampfungswärme (=Kondensationswärme) → Phasenübergang flüssig↔gasförmig
• Schmelzwärme → Phasenübergang fest↔flüssig
• Kristallisationswärme → Phasenübergang zwischen amorpher und kristalliner Struktur

Die spezifische latente Wärme für einen jeweiligen Phasenübergang ist tabelliert - für die Elemente, siehe Periodensystem der Elemente. Während des Phasenüberganges wird dem Stoff Wärme entzogen oder zugeführt, ohne dass sich seine Temperatur ändert.

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Einheiten

• Joule - absolute Energie (latente Wärme)
• Joule/Kilogramm - auf die Masse bezogen („spezifische latente Wärme“)
• Joule/Mol - auf die Stoffmenge bezogen („molare latente Wärme“)

Umrechnung in Elektronenvolt und Kelvin

In der Physik wird die Energie meist nicht pro Mol sondern pro Teilchen in Elektronenvolt [eV] oder Kelvin [K] angegeben. 1 eV = 96,485 kJ/mol und 1 kJ/mol = 0,01036 eV.

Ursache

Die molekulare Struktur von Stoffen liefert die Erklärung, weshalb trotz Wärmetransport keine Temperaturänderung zustande kommt. Auf die Verdampfungswärme angewandt bedeutet das: Die Moleküle einer Flüssigkeit liegen viel dichter beisammen als in einem Gas. Bei der Verdampfung muss folglich der Abstand zwischen den Molekülen vergrößert werden, was mit einer Zunahme der potentiellen Energie einhergeht. Die dazu notwendige Arbeit wird von der zugeführten Wärmemenge verrichtet. Eine positive Temperaturänderung entspricht aber der kinetischen Gastheorie zufolge einer Zunahme der kinetischen Energie der Moleküle, was nicht direkt mit einer Abstandszunahme einhergeht.
Die selbe Argumentation gilt auch für die Schmelzwärme und die Kristallisationswärme.

Bedeutung

Die latente Wärme spielt vor allem in der Meteorologie eine wichtige Rolle, in Bezug auf die Phasenübergänge des Wassers in der Erdatmosphäre. Auf einer feuchten Erdoberfläche oder gar Wasserfläche wird ein Großteil der Sonnenenergie in die Verdunstung von Wasser investiert. Dabei werden 2257 Kilojoule pro Kilogramm Wasser umgesetzt. Eine Änderung der Lufttemperatur tritt dabei nicht auf, die Energie wird also sozusagen im gasförmigen Aggregatzustand des Wassers gespeichert. Da diese Speicherung reversibel ist, wird die gleiche Energiemenge wieder frei, wenn ein aufsteigendes Luftpaket das Kondensationsniveau erreicht und der Wasserdampf kondensiert. Die ursprünglich am Boden durch die Sonneneinstrahlung bereitgestellte Energie wird also in größeren Höhen wieder frei und trägt dort zu einer Temperaturerhöhung bei. Dadurch kommt es zur Ausbildung eines feuchtadiabatischen Temperaturgradienten, die Atmosphäre wird also nach oben wesentlich gemächlicher kälter, als ohne die latente Wärme bei einem trockenadiabatischen Gradienten zu erwarten wäre.

Siehe auch

Spezifische Wärmekapazität, Gibbssche Phasenregel, Latentwärmespeicher, Entropie