الطاقة الحرارية: تعريفها وتمارينها

طاقةحراري هو مصطلح واسع يستخدم للتعبير عن كميات مختلفة من الديناميكا الحرارية ، مثل الطاقة الداخلية أو مبلغ الحرارة المتبادلة بين أنظمة العديد من الاختلافاتدرجات الحرارة. في هذه المقالة ، سوف نتعامل مع الطاقة الحرارية كمرادف لـ طاقةداخلي، والتي يمكن فهمها على أنها مجموع الطاقاتحركية و القدره من عند ذرات والجزيئات التي تشكل نظامًا ديناميكيًا حراريًا.

نظرةأيضا:قبل المتابعة ، تحقق من ملخص رائع عن علم الحرارة

طاقة حرارية

طاقةحراري هي نتيجة مجموع يعطي طاقةحركية و القدره لجميع الجسيمات المكونة للجسم. طاقة حرارية هذا يعتمدمباشرة يعطي درجة الحرارةمطلق من الجسم ، تقاس بوحدة كلفن (K) ، وتعتمد أيضًا على مقدار درجاتفيالحرية في النظام ، أي: عدد الاتجاهات التي يمكن للجزيئات أن تتحرك فيها أو تهتز أو تتأرجح أو حتى تدور.

تقوم المحطات الحرارية بتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية.

ا نظريةيعطيمتساوي تنص الطاقة على أنه: عند كل درجة من درجات حرية النظام ، يمكن حساب طاقته الداخلية من عدد صحيح مضاعف للتعبير ½ ك_بT ، حيث Kb هو ملف ثابتفيبولتزمان و T هو درجة الحرارة تقاس بوحدة كلفن. الصيغة المستخدمة لحساب الطاقة الحرارية لغاز أحادي الذرة مثالي موضحة أدناه ، تحقق من ذلك:

ك_ب - ثابت بولتزمان (ك_ب = 1,38.10^-23 م². كجم / ثانية². ك)

نظرًا لأن الطاقة الحرارية للغازات المثالية يتم التعبير عنها بالصيغة أعلاه وتمثل طاقةحركيةمعدل في النظام ، يمكننا كتابة المساواة التالية:

توزيع سرعة جزيئات غاز أحادي الذرة مثالي.

نظرةأيضا:بعد كل شيء ، ما هو لون الماء؟

باستخدام الصيغة أعلاه ، من الممكن تقديرمتوسط ​​سرعة الترجمة من الذرات الموجودة في غاز الغلاف الجوي. مع مراعاة درجة حرارة 25 درجة مئوية وأخذ ذرات الأكسجين (M = 16 جم / مول) ، وجدنا متوسط ​​سرعة 680 م / ث أو 1525 كم / س - هذه هي السرعة التي تصطدم بها جزيئات الغاز في الغلاف الجوي طوال الوقت.

في حالة الغاز ثنائي الذرة ، يُضاف العامل ½k إلى التعبير المستخدم للغازات أحادية الذرة_بت ، نتيجة زيادة درجة واحدة من الحرية ، مما أدى إلى التعبير التالي:

وفقا ل أول قانون الديناميكا الحرارية، أ طاقةحراري من نظام يمكن تحويله إلى أشكال أخرى من الطاقة ، مثل الحرارة و الشغل. الحرارة ، على سبيل المثال ، تشير إلى نقلفيطاقةحراريحصرا بسبب اختلاف درجات الحرارة بين النظام ومحيطه ؛ العمل ، بدوره ، يتعلق بتطبيق القوى على النظام أو بواسطة النظام.

بهذا المعنى ، يمكن استخدام الشغل لتحريك المكبس ، كما هو الحال في القاطرات التي تعمل بالبخار ، وكذلك في محركات الاحتراق الداخلي، والتي تعمل تقريبًا على تشغيل جميع السيارات الحالية. أدناه ، نأتي بالقانون الأول للديناميكا الحرارية ، لاحظ:

وفقًا للقانون الأول للديناميكا الحرارية ، فإن اختلاف الطاقة الداخلية هو الفرق بين العمل والحرارة.

هناك طرق أخرى لحساب معامل الطاقة الحرارية للجسم ، في حالة غازاتالمثل العليا، حيث تعتبر الطاقة الكامنة بين الجسيمات لاغية ، لذلك نعبر عن الطاقة الداخلية من حيث عدد حيوانات الخلد (ن) وأيضا من ثابت عالمي للغازات المثالية (R) ، تحقق:

ن - عدد الشامات (مول)

ص - الثابت العام للغازات الكاملة (R = 0.082 atm. لتر / مول. كلفن أو 8.31 جول / مول. ك)

لا يزال ضمن نطاق الغازات المثالية ، والجمع بين معادلة كلابيرون (PV = nRT) ، مع كشف تعريف الطاقة ، من الممكن الحصول على تعبير جديد ، لاحظ:

ص - الضغط (باسكال)

الخامس - الحجم (م)

نرى أيضا:يرتفع الهواء الدافئ ويسقط الهواء البارد ، ولكن لماذا؟

مزايا وعيوب الطاقة الحرارية

كل يوم ، نستفيد من عدد كبير من مصادرفيطاقةحراري لإنتاج الطاقة. ا جسم الانسان، على سبيل المثال ، يستهلك الكثير من العناصر الغذائية لتوليد الطاقة الحرارية اللازمة لعمل عملياتنا الحيوية. الكثير من كهرباء أنتج في العالم يعتمد ذلك على قدرتنا على تحويل الطاقة الحرارية إلى كهرباء.

تعرف على الوسائل التي تستخدم الطاقة الحرارية لإنتاج الكهرباء وأهم مزاياها وعيوبها:

نوع النبات	فوائد	سلبيات
مصنع نووي حراري	انبعاث منخفض للغازات الملوثة وكفاءة عالية	إنتاج النفايات المشعة والتعرض للإشعاع
محطة طاقة حرارية تعمل بالفحم	إنتاج طاقة كبير وتكلفة منخفضة	انبعاث الغازات المسببة للاحتباس الحراري
محطة طاقة حرارية تعمل بالغاز الطبيعي	تلوث أقل من حرق الفحم	تختلف تكلفتها كثيرًا ، لأن الغاز الطبيعي مشتق من البترول
محطة طاقة حرارية تعمل بالكتلة الحيوية	تكلفة تركيب منخفضة وانبعاثات غازات دفيئة منخفضة	إزالة الغابات والمزارع الكبيرة أحادية النوع
مصنع الطاقة الحرارية الأرضية	لا تهتم	تكلفة تركيب وصيانة عالية

نرى أيضا: تعلم الهيدروستاتيك مرة واحدة وإلى الأبد!

تمارين على الطاقة الحرارية

السؤال رقم 1) يلتقي مولاتان من الغاز الثنائي الذري المثالي عند درجة حرارة 127 درجة مئوية. الطاقة الحرارية لهذا الغاز تقريبًا:

البيانات: R = 8.31 جول / مول. ك

أ) 1.5.10⁶ ي

ب) 1.7.10⁴ ي

ج) 8.5.10³ ي

د) 5.3.10⁴ ي

هـ) 8.5.10⁴ ي

قالب: حرف الباء

القرار:

دعونا نحسب طاقة الغاز باستخدام التعبير التالي ، لأن الغاز ثنائي الذرة ، ومع ذلك ، قبل القيام بذلك ، من الضروري تحويل درجة الحرارة من درجات مئوية إلى كلفن ، لاحظ عملية حسابية:

وفقًا للحسابات ، تبلغ طاقة هذا الغاز ثنائي الذرة 16،620 J ، أي تقريبًا 1,7.10⁴ ي، إذا تم التعبير عنها بالتدوين العلمي وباستخدام قواعد التقريب.

السؤال 2) تتلقى ثلاثة مولات من غاز أحادي الذرة المثالي كمية حرارة تساوي 5.10² كال ويؤدي وظيفة 2.10² الجير أثناء العملية. احسب تغير درجة الحرارة الذي يعاني منه هذا الغاز بالدرجات المئوية.

البيانات: R = 0.082 atm. لتر / مول. ك

أ) 214 درجة مئوية

ب) 813 درجة مئوية

ج) 1620 درجة مئوية

د) 740 درجة مئوية

ه) 370 درجة مئوية

قالب: حرف الباء

القرار:

لحل هذا التمرين ، من الضروري أن نجمع بين صيغتين مختلفتين ، القانون الأول لـ الديناميكا الحرارية ، التي تحدد اختلاف الطاقة ، ومعادلة الطاقة الحرارية للغاز أحادي الذرة المثالي ، يشاهد:

بعد أن استبدلنا البيانات في الصيغ ، نجد اختلافًا قدره 813 درجة مئوية ، لذا فإن البديل الصحيح هو الحرف B.

بي. رافائيل هيلربروك

مصدر: مدرسة البرازيل - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-termica.htm