يتم تعريف الطاقة الحرارية أو الطاقة الداخلية على أنها مجموع الطاقة الحركية والمحتملة المرتبطة بالعناصر المجهرية التي تتكون منها المادة.
تمتلك الذرات والجزيئات التي تتكون منها الأجسام حركات عشوائية من الترجمة والدوران والاهتزاز. هذه الحركة تسمى التحريض الحراري.
يحدث التغيير في الطاقة الحرارية للنظام من خلال العمل أو الحرارة.
على سبيل المثال ، عندما نستخدم مضخة يدوية لنفخ إطار دراجة ، نلاحظ تسخين المضخة. في هذه الحالة ، حدثت الزيادة في الطاقة الحرارية عن طريق نقل الطاقة الميكانيكية (العمالة).
يؤدي انتقال الحرارة عادةً إلى زيادة هياج الجزيئات والذرات في الجسم. ينتج عن هذا زيادة في الطاقة الحرارية وبالتالي زيادة في درجة حرارتها.
عندما يتلامس جسمان بدرجات حرارة مختلفة ، يحدث انتقال الطاقة بينهما. بعد فترة زمنية معينة ، سيحصل كلاهما على نفس درجة الحرارة ، أي أنهما سيصلان إلى التوازن الحراري.
الطاقة الحرارية والحرارة ودرجة الحرارة
على الرغم من الخلط بين مفاهيم درجة الحرارة والحرارة والطاقة الحرارية في الحياة اليومية ، إلا أنها جسديًا لا تمثل نفس الشيء.
الحرارة هي طاقة في حالة عبور ، لذلك ليس من المنطقي أن نقول إن الجسم لديه حرارة. في الواقع ، يمتلك الجسم طاقة داخلية أو حرارية.
تحدد درجة الحرارة مفاهيم السخونة والباردة. علاوة على ذلك ، فإن الخاصية هي التي تتحكم في انتقال الحرارة بين جسمين.
يحدث نقل الطاقة على شكل حرارة فقط بسبب اختلاف درجة الحرارة بين جسمين. يحدث بشكل عفوي من الجسم مع أعلى درجة حرارة إلى أدنى درجة حرارة.
هناك ثلاث طرق انتشار الحرارة: التوصيل والحمل الحراري والإشعاع.
في القيادة، تنتقل الطاقة الحرارية من خلال التحريض الجزيئي. في الحمل تنتشر الطاقة من خلال حركة المائع الساخن ، حيث تختلف الكثافة باختلاف درجة الحرارة.
موجودة مسبقا تشعيع حراري، يتم الإرسال من خلال الموجات الكهرومغناطيسية.
لمعرفة المزيد ، اقرأ أيضًا الحرارة ودرجة الحرارة
معادلة
يمكن حساب الطاقة الداخلية للغاز المثالي ، المكون من نوع واحد فقط من الذرات ، بالصيغة التالية:
يجرى،
U: الطاقة الداخلية. الوحدة في النظام الدولي هي الجول (J)
n: عدد المولي للغاز
R: ثابت الغاز المثالي
T: درجة الحرارة في كلفن (K)
مثال
ما هي الطاقة الداخلية لمولتين من غاز كامل تبلغ درجة حرارته في وقت معين 27 درجة مئوية؟
اعتبر أن R = 8.31 جول / مول. ك.
يجب أولاً تغيير درجة الحرارة إلى كلفن ، لذلك سيكون لدينا:
T = 27 + 273 = 300 كلفن
ثم استبدله في الصيغة
استخدام الطاقة الحرارية
منذ البداية ، استخدمنا الطاقة الحرارية من الشمس. بالإضافة إلى ذلك ، سعى الإنسان دائمًا إلى إنشاء أجهزة قادرة على تحويل ومضاعفة هذه الموارد إلى طاقة مفيدة ، وخاصة في إنتاج كهرباء والنقل.
يتم تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة كهربائية ، لاستخدامها على نطاق واسع ، في محطات الطاقة الحرارية والنووية الحرارية.
في هذه المحطات ، يتم استخدام بعض الوقود لتسخين الماء في المرجل. يحرك البخار الناتج التوربينات المتصلة بمولد الطاقة الكهربائية.
في ال النباتات النووية الحرارية، يتم تسخين المياه من خلال الطاقة الحرارية المنبعثة من تفاعل الانشطار النووي للعناصر المشعة.
بالفعل محطات كهروحراريةاستخدام حرق المواد الخام المتجددة وغير المتجددة لنفس الغرض.
المميزات والعيوب
تتمتع محطات الطاقة الكهروحرارية ، بشكل عام ، بميزة إمكانية تركيبها بالقرب من مراكز الاستهلاك ، مما يقلل التكاليف مع تركيب شبكات التوزيع. بالإضافة إلى ذلك ، لا تعتمد على العوامل الطبيعية للعمل ، كما هو الحال مع النباتات محطات توليد الطاقة الكهرومائية و ريح.
ومع ذلك ، فهي أيضًا ثاني أكبر منتج للغاز. الاحتباس الحراري. وتأثيراته الرئيسية هي انبعاث الغازات الملوثة التي تقلل من جودة الهواء وارتفاع درجة حرارة مياه الأنهار.
النباتات من هذا النوع تظهر اختلافات حسب نوع الوقود المستخدم. في الجدول أدناه ، نعرض مزايا وعيوب أنواع الوقود الرئيسية المستخدمة حاليًا.
نوع النبات |
فوائد |
سلبيات |
|---|---|---|
الحرارية ل فحم |
• إنتاجية عالية • انخفاض تكلفة الوقود والبناء |
• هو الذي ينبعث منه معظم الغازات المسببة للاحتباس الحراري • سبب انبعاث الغازات أمطار حمضية
• التلوث يسبب مشاكل في الجهاز التنفسي |
الحرارية ل غاز طبيعي |
• تلوث محلي أقل مقارنة بالفحم • تكلفة بناء منخفضة |
• ارتفاع انبعاثات غازات الاحتباس الحراري • تباين كبير جدًا في تكلفة الوقود (مرتبط بسعر النفط) |
الحرارية ل الكتلة الحيوية |
• انخفاض تكلفة الوقود والبناء • انبعاثات غازات الاحتباس الحراري منخفضة |
• إمكانية إزالة الغابات لزراعة النباتات التي من شأنها أن تؤدي إلى الكتلة الحيوية. • نزاع مساحة الأرض مع إنتاج الغذاء |
نووي حراري |
• لا يوجد عملياً أي انبعاث لغازات الدفيئة • إنتاجية عالية |
• التكلفة العالية • انتاج القمامة المشعة
• عواقب الحوادث خطيرة للغاية |
نرى أيضا:
- مصادر الطاقة
- تمارين مصادر الطاقة (مع قالب).
