Știința practică: principiul căldurii latente în izolarea termică a caselor

Cei de la MIT OpenCourseWare au cursuri publice pe care le pun pe Youtube din când în când. Deși filmele vorbesc despre noțiuni destul de avansate, nu este necesar să deții o diplomă în fizica particulelor ca să înțelegi principiile cele mai importante.

În cazul de față ni se prezintă cum principiul căldurii latente ne poate izola termic casa. Atunci când o substanță trece din fază lichidă în fază solidă se formează legături intermoleculare sau forțe, proces prin care se eliberează căldură în mediul înconjurător (exoterm). Aceasta se numește căldura latentă a fuziunii.

Atunci când o substanță trece din stare solidă în stare lichidă, acest lucru se face cu aport de energie (proces endoterm) pentru că ai nevoie de energie pentru a rupe acele legături sau forțe intermoleculare. Acea energie este absorbită din mediul înconjurător astfel că procesul se numește căldură latentă a topirii.

Căldura latentă a topirii este egală în mărime cu cea a fuziunii, dar de semn opus.

Pe scurt:
– lichid => solid + energie – tocmai de aceea apa lichidă superrăcită la -8 grade se încălzește la 0 grade când devine gheață
– solid + energie => lichid – tocmai de aceea trebuie să aduci focul aproape de un cub de gheață pentru a-l transforma în apă

Folosindu-ne de aceste procese putem gândi metode prin care să ne izolăm casa. Dacă am avea un material pe care l-am putea pune în acoperisul casei, material care să absoabă căldura ziua și să elibereze acea căldură noaptea?

Ei bine, așa ceva există și se folosește în multe locuri deja. Un sistem asemănător, prin care apa este transformată în gheață noaptea și ziua este transformată în apă cu căldura venită de la aerul condiționat, este folosit deja în clădirile de birouri.

Pentru izolarea termică putem folosi mai multe materiale (PCM – phase change materials) care să fie inserate fie în acoperiș, fie în materialele de izolare pe cum este celuloza. Acestea trebuie să se topească la temperatura zilei, dar să se întărească la temperatura nopții.

Mai jos sunt câteva exemple de PCM, iar dintre ele putem folosi în România primele patru. Cele două cu temperaturi peste 60 de grade Celsius sunt numai bune de folosit la acoperisurile cu bitum, unde temperaturile pot ajunge peste 50 de grade vara.

CaCl2*6H20, hexahidrat de clorură de calciu, și octadecanul, CH3(CH2)16CH3, se topesc la 29 și, respectiv, la 27 de grade Celsius.

Dacă ziua temperatura este mai mare de 27 de grade, aceste substanțe absorb căldura venită din mediu și se topesc. Noaptea, când temperatura scade sub 27 de grade, acestea se solidifică eliberând căldură în mediul înconjurător.

După cum vezi, știința are efecte ce pot fi simțite în viața de zi cu zi fără îndoială. Atunci când știm lucruri de bază, pe cum este legea conservării energiei care ne spune că energia se transformă, dar nu se pierde, atunci putem aplica acest lucru la izolarea termică a caselor noastre.

Descarcă de AICI întregul set de cursuri din seria MIT OpenCourseWare și ve primi o arhivă cu mai multe foldere cu materiale de studiu: de la căldura latentă la comunicare sau recepția undelor radio.