Kun aine vaihtaa faasia, eli se muuttuu joko kiinteästä aineesta nesteeksi tai nesteestä kaasuksi, se tarvitsee siihen energiaa. Molekyylien välisiin atomien välisiin voimiin varastoitunut potentiaalienergia on voitettava kineettisellä energialla hiukkasten liikkeellä, ennen kuin aine voi vaihtaa faasia.
Jos mittaamme alun perin kiinteän aineen lämpötilaa lämmittäessämme sitä, saamme kuvan 1 kaltaisen kuvaajan.
Alkaen pisteestä A aine on kiinteässä faasissa, sitä lämmittämällä lämpötila nousee sulamispisteeseen, mutta aine on edelleen kiinteä pisteessä B. Kun ainetta lämmitetään edelleen, lämpölähteestä peräisin oleva energia menee atomeja paikoillaan pitävien sidosten rikkomiseen. Tämä tapahtuu pisteestä B pisteeseen C. Pisteessä C koko kiinteä faasi on muuttunut nestefaasiksi. Jälleen kerran, kun energiaa lisätään, energia menee hiukkasten liike-energiaksi, joka nostaa lämpötilaa (C:stä D:hen). Pisteessä D lämpötila on saavuttanut kiehumispisteen, mutta se on edelleen nestefaasissa. Pisteestä D pisteeseen E lämpöenergia voittaa sidokset, ja hiukkasilla on riittävästi liike-energiaa, jotta ne voivat poistua nesteestä. Aine siirtyy kaasufaasiin. E:n yläpuolella paineen alainen lisäkuumennus voi nostaa lämpötilaa entisestään, näin toimii painekattila.
Fuusion ja höyrystymisen latentti lämpö
Aineen faasin muuttamiseen tarvittavaa energiaa kutsutaan latentiksi lämmöksi. Sana latentti tarkoittaa piilevää. Kun faasimuutos on kiinteästä aineesta nesteeksi, on käytettävä latenttia fuusiolämpöä, ja kun faasimuutos on nesteestä kaasuksi, on käytettävä latenttia höyrystymislämpöä.
Tarvittava energia on Q= m L, missä m on aineen massa ja L on spesifinen latentti fuusiolämpö tai höyrystymislämpö, joka mittaa lämpöenergian, joka tarvitaan, jotta saadaan muutettua 1 kg:n kiinteää ainetta nesteeksi.
Taulukossa 1. esitetään
| Aine | Spesifinen latentti fuusiolämpö kJ.kg-1 |
°C | Spesifinen latentti höyrystymislämpö kJ.kg-1 |
°C |
|---|---|---|---|---|
| Vesi | 334 | 0 | 2258 | 100 |
| Etanoli | 109 | -114 | 838 | 78 |
| Etanohappo | 192 | 17 | 395 | 118 |
| Kloroformi | 74 | -64 | 254 | 62 |
| Hopea | 11 | -39 | 294 | 357 |
| Rikki | 54 | 115 | 1406 | 445 |
| Vety | 60 | -259 | 449 | -253 |
| Happi | 14 | -219 | 213 | -183 |
| Typpi | 25 | -210 | 199 | -196 |
Lämpöputket
Mikroprosessorin transistoritiheyden kasvaessa, luovutetun lämmön määrä kasvaa. Pentium 4 -prosessori (180 nm:n prosessori, joka toimii 2 GHz:n kellotaajuudella) luovuttaa 55 wattia tehoa lämpönä. Sen pinta-ala on vain 131 mm2. Tästä saadaan 55 W/(131/(102)) = 42 W cm-2. Vertailun vuoksi höyrysilitysrauta on 5 Wcm-2.
Yksi ratkaisu on lämpöputki. Nimensä mukaisesti se siirtää lämpöä korkean lämpötilan alueilta matalamman lämpötilan alueille, joilla on enemmän tilaa jäähdytyslevyille tai jäähdytyspuhaltimille.
Vaikka se näyttää vain suljetulta metalliputkelta, siinä on sydänlanka tai huokoinen materiaali ja neste, jolla on korkea latentti höyrystymislämpö. Kun putkea lämmitetään, neste käyttää lämmön haihtumiseen ja muuttuu kaasuksi, kaasu siirtyy lämpöputken kylmemmälle alueelle, jossa se tiivistyy ja käyttää latenttia lämpöä muuttuakseen takaisin nesteeksi. Lämpöputket ovat luotettava ja kustannustehokas ratkaisu kannettaviin tietokoneisiin, joissa tuulettimet lyhentäisivät akun käyttöikää.