Thermische Energie oder innere Energie ist definiert als die Summe der kinetischen und potentiellen Energie, die mit den mikroskopischen Elementen verbunden sind, aus denen die Materie besteht.
Die Atome und Moleküle, aus denen Körper bestehen, haben zufällige Translations-, Rotations- und Vibrationsbewegungen. Diese Bewegung wird thermische Bewegung genannt.
Die Änderung der Wärmeenergie eines Systems erfolgt durch Arbeit oder Wärme.
Wenn wir beispielsweise einen Fahrradreifen mit einer Handpumpe aufpumpen, stellen wir fest, dass sich die Pumpe erwärmt. In diesem Fall erfolgte die Erhöhung der Wärmeenergie durch mechanische Energieübertragung (Arbeit).
Wärmeübertragung verursacht normalerweise eine Zunahme der Bewegung von Molekülen und Atomen in einem Körper. Dies führt zu einer Erhöhung der thermischen Energie und folglich zu einer Erhöhung ihrer Temperatur.
Wenn zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen in Kontakt gebracht werden, findet zwischen ihnen eine Energieübertragung statt. Nach einer gewissen Zeit haben beide die gleiche Temperatur, d.h. sie erreichen die Temperatur
Wärmebilanz.
Wärmeenergie, Wärme und Temperatur
Obwohl die Begriffe Temperatur, Wärme und Wärmeenergie im Alltag verwechselt werden, stellen sie physikalisch nicht dasselbe dar.
Wärme ist Energie im Transit, daher macht es keinen Sinn zu sagen, dass ein Körper Wärme hat. Tatsächlich verfügt der Körper über innere oder thermische Energie.
Temperatur quantifiziert die Begriffe heiß und kalt. Darüber hinaus ist es die Eigenschaft, die den Wärmeübergang zwischen zwei Körpern regelt.
Die Übertragung von Energie in Form von Wärme erfolgt nur aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen zwei Körpern. Es tritt spontan vom Körper mit der höchsten Temperatur zur niedrigsten Temperatur auf.
Es gibt drei Möglichkeiten, die Wärmeausbreitung: Leitung, Konvektion und Bestrahlung.
Beim Fahren, Wärmeenergie wird durch molekulare Bewegung übertragen. Beim Konvektion Energie breitet sich durch die Bewegung des erhitzten Fluids aus, da sich die Dichte mit der Temperatur ändert.
bereits in Wärmestrahlung, die Übertragung erfolgt durch elektromagnetische Wellen.
Um mehr zu erfahren, lesen Sie auch Hitze und Temperatur
Formel
Die innere Energie eines idealen Gases, das nur aus einer Atomsorte besteht, lässt sich nach folgender Formel berechnen:
Sein,
U: innere Energie. Die Einheit im internationalen System ist das Joule (J).
n: Molzahl des Gases
R: ideale Gaskonstante
T: Temperatur in Kelvin (K)
Beispiel
Wie groß ist die innere Energie von 2 Mol eines perfekten Gases, das zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Temperatur von 27 °C hat?
Betrachten Sie R = 8,31 J/mol. K.
Zuerst müssen wir die Temperatur in Kelvin ändern, also haben wir:
T = 27 + 273 = 300 K
Dann ersetze es einfach in der Formel
Nutzung von Wärmeenergie
Von Anfang an haben wir die Wärmeenergie der Sonne genutzt. Darüber hinaus hat der Mensch immer versucht, Geräte zu schaffen, die diese Ressourcen in nutzbare Energie umwandeln und vermehren können, hauptsächlich bei der Herstellung von Elektrizität und Transport.
Die Umwandlung von thermischer Energie in großtechnisch nutzbare elektrische Energie erfolgt in thermoelektrischen und thermonuklearen Anlagen.
In diesen Anlagen wird ein Teil des Brennstoffs verwendet, um das Wasser in einem Kessel zu erhitzen. Der erzeugte Dampf bewegt die Turbinen, die mit dem Stromgenerator verbunden sind.
In dem thermonukleare Anlagen, die Erwärmung von Wasser erfolgt durch thermische Energie, die bei der Kernspaltungsreaktion radioaktiver Elemente freigesetzt wird.
schon die thermoelektrische Anlagen, die Verbrennung von nachwachsenden und nicht nachwachsenden Rohstoffen zum gleichen Zweck nutzen.
Vorteile und Nachteile
Thermoelektrische Kraftwerke haben im Allgemeinen den Vorteil, dass sie in der Nähe von Verbrauchszentren installiert werden können, was die Kosten bei der Installation von Verteilnetzen senkt. Darüber hinaus sind sie für ihren Betrieb nicht von natürlichen Faktoren abhängig, wie dies bei Anlagen der Fall ist Wasserkraftwerke und Wind.
Sie sind aber auch der zweitgrößte Gasproduzent. Treibhauseffekt. Die Hauptauswirkungen sind die Emission von Schadstoffen, die die Luftqualität beeinträchtigen, und die Erwärmung des Flusswassers.
Anlagen dieser Art weisen je nach verwendeter Brennstoffart Unterschiede auf. In der folgenden Tabelle zeigen wir die Vor- und Nachteile der derzeit wichtigsten Kraftstoffe.
Pflanzenart |
Leistungen |
Nachteile |
|---|---|---|
Thermoelektrisch zu Kohle |
• Hohe Produktivität • Niedrige Kraftstoff- und Baukosten |
• Sie emittiert die meisten Treibhausgase • Die ausgestoßenen Gase verursachen saurer Regen
• Umweltverschmutzung verursacht Atemprobleme |
Thermoelektrisch zu Erdgas |
• Geringere lokale Verschmutzung im Vergleich zu Kohle • Niedrige Baukosten |
• Hohe Treibhausgasemissionen • Sehr große Schwankungen bei den Kraftstoffkosten (in Verbindung mit dem Ölpreis) |
Thermoelektrisch zu Biomasse |
• Niedrige Kraftstoff- und Baukosten • Geringe Treibhausgasemissionen |
• Möglichkeit der Abholzung für den Anbau von Pflanzen, aus denen Biomasse entsteht. • Landfläche mit Nahrungsmittelproduktion bestreiten |
Thermonuklear |
• Es gibt praktisch keine Emission von Treibhausgasen • Hohe Produktivität |
• Hohe Kosten • Produktion von radioaktiver Müll
• Die Folgen von Unfällen sind sehr gravierend |
Auch sehen:
- Energiequellen
- Energiequellen-Übungen (mit Vorlage).
