Ενέργειαθερμικός είναι ένας ευρύς όρος, που χρησιμοποιείται για την έκφραση διαφορετικών θερμοδυναμικών ποσοτήτων, όπως εσωτερική ενέργεια ή ένα ποσό θερμότητα ανταλλάσσονται μεταξύ συστημάτων του πολλά διαφορετικάθερμοκρασίες. Σε αυτό το άρθρο, θα αντιμετωπίσουμε τη θερμική ενέργεια ως συνώνυμο του ενέργειαεσωτερικός, το οποίο μπορεί να γίνει κατανοητό ως το άθροισμα του ενέργειεςκινητική και δυνητικός Από άτομα και μόρια που αποτελούν ένα θερμοδυναμικό σύστημα.
Κοίταεπίσης:Πριν συνεχίσετε, δείτε μια καταπληκτική περίληψη για τη θερμολογία
Θερμική ενέργεια
Ενέργειαθερμικός είναι το αποτέλεσμα του άθροισμα δίνει ενέργειακινητική και δυνητικός όλων των συστατικών σωματιδίων ενός σώματος. θερμική ενέργεια Εξαρτάταικατευθείαν δίνει θερμοκρασίααπόλυτος του σώματος, μετρούμενο σε kelvin (K), και εξαρτάται επίσης από την ποσότητα του βαθμούςσεελευθερία του συστήματος, δηλαδή: ο αριθμός των κατευθύνσεων στις οποίες τα μόρια μπορούν να κινούνται, να δονούνται, να ταλαντεύονται ή ακόμη και να περιστρέφονται.
Ο θεώρημαδίνειεξοπλισμός της ενέργειας δηλώνει ότι: σε κάθε βαθμό ελευθερίας ενός συστήματος, η εσωτερική του ενέργεια μπορεί να υπολογιστεί από ένα ακέραιο πολλαπλάσιο της έκφρασης ½ kσιT, όπου το Kb είναι το συνεχήςσεΜπόλτζμαν και το Τ είναι το θερμοκρασία μετριέται σε kelvin. Ο τύπος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της θερμικής ενέργειας ενός ιδανικού μονοατομικού αερίου παρουσιάζεται παρακάτω, ελέγξτε το:
κσι - Σταθερά Boltzmann (κσι = 1,38.10-23 m².kg / s². Κ)
Δεδομένου ότι η θερμική ενέργεια των ιδανικών αερίων εκφράζεται με τον παραπάνω τύπο και αντιπροσωπεύει το ενέργειακινητικήμέση τιμή του συστήματος, μπορούμε να γράψουμε την ακόλουθη ισότητα:
Κοίταεπίσης:Σε τελική ανάλυση, ποιο χρώμα είναι το νερό;
Χρησιμοποιώντας τον παραπάνω τύπο, είναι δυνατόν εκτίμησηη μέση ταχύτητα μετάφρασης των ατόμων που υπάρχουν στο ατμοσφαιρικό αέριο. Λαμβάνοντας υπόψη μια θερμοκρασία 25 ° C και τη λήψη ατόμων οξυγόνο (M = 16 g / mol), βρήκαμε μια μέση ταχύτητα 680 m / s ή 1525 km / h - αυτή είναι η ταχύτητα με την οποία τα σωματίδια του ατμοσφαιρικού αερίου μας χτυπούν συνεχώς.
Στην περίπτωση ενός διατομικού αερίου, ο παράγοντας ½k προστίθεται στην έκφραση που χρησιμοποιείται για τα μονοατομικά αέριασιT, λόγω της αύξησης ενός βαθμού ελευθερίας, με αποτέλεσμα την ακόλουθη έκφραση:
Σύμφωνα με την πρώτος νόμος της θερμοδυναμική, ένα ενέργειαθερμικός ενός συστήματος μπορεί να μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας, όπως θερμότητα και εργασία. Η θερμότητα, για παράδειγμα, αναφέρεται στο ΜΕΤΑΦΟΡΑσεενέργειαθερμικός,αποκλειστικά λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ ενός συστήματος και του περιβάλλοντός του · Το έργο, με τη σειρά του, αφορά την εφαρμογή δυνάμεων στο σύστημα ή στο σύστημα.
Υπό αυτήν την έννοια, το έργο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση ενός εμβόλου, όπως σε ατμομηχανές ατμού, καθώς και σε ΜΗΧΑΝΕΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ, που τροφοδοτούν σχεδόν όλα τα τρέχοντα μηχανοκίνητα οχήματα. Παρακάτω, φέρνουμε τον πρώτο νόμο της θερμοδυναμικής, σημειώστε:
Σύμφωνα με τον 1ο νόμο της θερμοδυναμικής, η διακύμανση της εσωτερικής ενέργειας είναι η διαφορά μεταξύ εργασίας και θερμότητας.
Υπάρχουν άλλοι τρόποι υπολογισμού του συντελεστή θερμικής ενέργειας ενός σώματος, στην περίπτωση του αέριαιδανικά, στην οποία η πιθανή ενέργεια μεταξύ των σωματιδίων θεωρείται μηδενική, γι 'αυτό εκφράζουμε την εσωτερική ενέργεια σε σχέση με τον αριθμό των κρεατοελιές (n) και επίσης από το καθολική σταθερά τέλειων αερίων (R), ελέγξτε:
n - αριθμός γραμμομορίων (mol)
Ρ - καθολική σταθερά τέλειων αερίων (R = 0,082 atm. L / mol. Κ ή 8,31 J / mol. Κ)
Ακόμα μέσα στο πεδίο των τέλειων αερίων, συνδυάζοντας το εξίσωση clapeyron (PV = nRT), με εκτεθειμένο τον ενεργειακό ορισμό, μπορείτε να πάρετε μια νέα έκφραση, σημειώστε:
Π - πίεση (Pa)
Β - όγκος (m³)
Δείτε επίσης:Ο θερμός αέρας ανεβαίνει και ο κρύος αέρας πέφτει, αλλά γιατί;
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της θερμικής ενέργειας
Καθημερινά, χρησιμοποιούμε μεγάλο αριθμό πηγέςσεενέργειαθερμικός για την παραγωγή ενέργειας. Ο Ανθρώπινο σώμα, για παράδειγμα, καταναλώνει πολλά ΘΡΕΠΤΙΚΕΣ ουσιες για την παραγωγή της θερμικής ενέργειας που απαιτείται για τη λειτουργία των ζωτικών διαδικασιών μας. μεγάλο μέρος του ηλεκτρική ενέργεια παράγεται στον κόσμο εξαρτάται από την ικανότητά μας να μετατρέπουμε τη θερμική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
Δείτε τα μέσα που χρησιμοποιούν θερμική ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τα κύρια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά της:
τύπος φυτού |
Οφέλη |
Μειονεκτήματα |
θερμοπυρηνικός σταθμός |
Χαμηλή εκπομπή ρυπογόνων αερίων και υψηλή απόδοση |
Παραγωγή ραδιενεργών αποβλήτων και έκθεση σε ακτινοβολία |
Θερμοηλεκτρικός σταθμός με άνθρακα |
Μεγάλη παραγωγή ενέργειας και χαμηλό κόστος |
Εκπομπές ρυπογόνων και αερίων του θερμοκηπίου |
Θερμοηλεκτρικός σταθμός τροφοδοσίας με φυσικό αέριο |
Λιγότερη ρύπανση από την καύση άνθρακα |
Το κόστος του ποικίλλει πολύ, καθώς το φυσικό αέριο είναι παράγωγο πετρελαίου |
Θερμοηλεκτρικό εργοστάσιο με βιομάζα |
Χαμηλό κόστος εγκατάστασης και χαμηλές εκπομπές αερίων θερμοκηπίου |
Αποδάσωση και μεγάλες φυτείες μονοκαλλιέργειας |
γεωθερμικό εργοστάσιο |
Δεν μολύνει |
Υψηλό κόστος εγκατάστασης και συντήρησης |
Δείτε επίσης: Μάθετε υδροστατική μια για πάντα!
Ασκήσεις θερμικής ενέργειας
Ερώτηση 1) Δύο γραμμομόρια ιδανικού διατομικού αερίου συναντώνται σε θερμοκρασία 127 ° C. Η θερμική ενέργεια αυτού του αερίου είναι περίπου:
Δεδομένα: R = 8,31 J / mol. κ
α) 1.5.106 Ι
β) 1.7.104 Ι
γ) 8.5.103 Ι
δ) 5.3.104 Ι
ε) 8.5.104 Ι
Ανατροφοδότηση: Γράμμα Β
Ανάλυση:
Ας υπολογίσουμε την ενέργεια του αερίου χρησιμοποιώντας την ακόλουθη έκφραση, καθώς το αέριο είναι διατομικό, ωστόσο, Πριν το κάνετε, είναι απαραίτητο να μετατρέψετε τη θερμοκρασία από βαθμούς Κελσίου σε Kelvin, σημειώστε το υπολογισμός:
Σύμφωνα με υπολογισμούς, αυτό το διατομικό αέριο έχει ενέργεια 16.620 J, δηλαδή περίπου 1,7.104 Ι, εάν εκφράζονται σε επιστημονική σημειογραφία και χρησιμοποιούν τους κανόνες στρογγυλοποίησης.
Ερώτηση 2) Τρία γραμμομόρια ιδανικού μονοατομικού αερίου λαμβάνουν ποσότητα θερμότητας ίση με 5.102 cal και εκτελεί δουλειά 2.102 ασβέστη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Προσδιορίστε τη διακύμανση θερμοκρασίας που βιώνει αυτό το αέριο, σε βαθμούς Κελσίου.
Δεδομένα: R = 0,082 atm. L / mol. κ
α) 214 ° C
β) 813 ° C
γ) 1620 ° C
δ) 740 ° C
ε) 370 ° C
Ανατροφοδότηση: Γράμμα Β
Ανάλυση:
Για την επίλυση αυτής της άσκησης, είναι απαραίτητο να συνδυάσουμε δύο ξεχωριστούς τύπους, τον πρώτο νόμο του θερμοδυναμική, που καθορίζει την ενεργειακή διακύμανση, και τον τύπο της θερμικής ενέργειας του ιδανικού μονοατομικού αερίου, παρακολουθώ:
Αφού αντικαταστήσουμε τα δεδομένα στους τύπους, βρίσκουμε μια παραλλαγή 813 ° C, οπότε η σωστή εναλλακτική λύση είναι το γράμμα Β.
Από εμένα, Rafael Helerbrock
Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-termica.htm