Lämpöenergia tai sisäinen energia määritellään aineen muodostavien mikroskooppisten elementtien kineettisen ja potentiaalisen energian summana.
Rungot muodostavilla atomeilla ja molekyyleillä on satunnaisia siirtymän, pyörimisen ja värähtelyn liikkeitä. Tätä liikettä kutsutaan termiseksi sekoitukseksi.
Lämpöenergian vaihtelu järjestelmässä tapahtuu työn tai lämmön avulla.
Esimerkiksi kun käsipumpulla täytetään polkupyörän rengas, huomaat, että pumppu lämpenee. Tässä tapauksessa lämpöenergian kasvu tapahtui mekaanisella energiansiirrolla (työ).
Lämmönsiirto aiheuttaa normaalisti molekyylien ja atomien sekoituksen lisääntymisen kehossa. Tämä tuottaa lämpöenergian nousua ja siten lämpötilan nousua.
Kun kaksi ruumiinlämpöä eri lämpötiloissa saatetaan kosketukseen, energiansiirto tapahtuu niiden välillä. Tietyn ajan kuluttua molemmilla on sama lämpötila, eli ne saavuttavat lämpötilan terminen tasapaino.
Lämpöenergia, lämpö ja lämpötila
Vaikka lämpötilan, lämmön ja lämpöenergian käsitteet sekoittuvat jokapäiväisessä elämässä, fyysisesti ne eivät edusta samaa.
Lämpö on kulkeutuvaa energiaa, joten ei ole mitään järkeä sanoa, että kehossa on lämpöä. Itse asiassa kehossa on sisäistä tai lämpöenergiaa.
Lämpötila määrittelee kuuman ja kylmän käsitteet. Lisäksi se on ominaisuus, joka säätelee lämmön siirtymistä kahden kehon välillä.
Energian siirto lämmön muodossa tapahtuu vain kahden ruumiin välisen lämpötilaeron vuoksi. Se tapahtuu spontaanisti kehosta, jolla on korkein lämpötila alimpaan lämpötilaan.
On kolme tapaa lämmön leviäminen: johtuminen, konvektio ja säteily.
Klo ajo-, lämpöenergia välitetään molekyylisekoituksen avulla. Klo konvektio energia etenee lämmitetyn nesteen liikkeen läpi, koska tiheys vaihtelee lämpötilan mukaan.
jo sisään lämpösäteilytys, lähetys tapahtuu sähkömagneettisten aaltojen kautta.
Jos haluat lisätietoja, lue myös Lämpö ja lämpötila
Kaava
Vain yhden tyyppisen atomin muodostaman ihanteellisen kaasun sisäinen energia voidaan laskea seuraavalla kaavalla:
Oleminen,
U: sisäinen energia. Kansainvälisen järjestelmän yksikkö on joule (J)
n: kaasun moolimäärä
R: ihanteellinen kaasuvakio
T: lämpötila kelvineinä (K)
Esimerkki
Mikä on 2 moolin täydellisen kaasun sisäinen energia, jonka lämpötila on tiettynä aikana 27 ° C?
Tarkastellaan R = 8,31 J / mol. K.
Ensin meidän on vaihdettava lämpötila kelviiniksi, joten meillä on:
T = 27 + 273 = 300 K
Sitten vain korvaa se kaavassa
Lämpöenergian käyttö
Alusta lähtien olemme käyttäneet aurinkoenergiaa. Lisäksi ihminen on aina pyrkinyt luomaan laitteita, jotka kykenevät muuntamaan ja kertomaan nämä resurssit hyödylliseksi energiaksi, pääasiassa sähköä ja kuljetus.
Lämpöenergian muuntaminen sähköenergiaksi, jota käytetään laajamittaisesti, suoritetaan lämpö- ja lämpöydinvoimaloissa.
Näissä laitoksissa polttoainetta käytetään kattilan veden lämmittämiseen. Tuotettu höyry siirtää sähköenergian generaattoriin liitetyt turbiinit.
vuonna lämpöydinvoimalat, veden lämmitys tapahtuu lämpöenergialla, joka vapautuu radioaktiivisten alkuaineiden ydinfissioreaktiosta.
jo lämpösähkölaitokset, käyttää uusiutuvien ja uusiutumattomien raaka-aineiden polttamista samaan tarkoitukseen.
Hyödyt ja haitat
Lämpövoimalaitoksilla on yleensä se etu, että ne voidaan asentaa lähelle kulutuskeskuksia, mikä vähentää kustannuksia jakeluverkkojen asennuksen myötä. Lisäksi ne eivät ole riippuvaisia luonnollisista tekijöistä toimiakseen, kuten kasvien tapauksessa vesivoimalaitokset ja tuuli.
Ne ovat kuitenkin myös toiseksi suurin kaasumaisten kaasujen tuottaja. kasvihuoneilmiö. Sen tärkeimmät vaikutukset ovat ilmanlaatua heikentäviä saastuttavien kaasujen päästöjä ja jokivesien lämpenemistä.
Tämän tyyppisissä kasveissa on eroja käytetyn polttoainetyypin mukaan. Seuraavassa taulukossa on esitetty tällä hetkellä käytettyjen pääpolttoaineiden edut ja haitat.
laitoksen tyyppi |
Edut |
Haitat |
|---|---|---|
Lämpösähköinen Hiili |
• Korkea tuottavuus • Alhaiset polttoaine- ja rakennuskustannukset |
• Se päästää eniten kasvihuonekaasuja • Päästetyt kaasut aiheuttavat happosade
• Saastuminen aiheuttaa hengitysvaikeuksia |
Lämpösähköinen maakaasu |
• Vähemmän paikallista pilaantumista kuin hiili • Alhaiset rakennuskustannukset |
• Korkeat kasvihuonekaasupäästöt • Erittäin suuret vaihtelut polttoainekustannuksissa (liittyy öljyn hintaan) |
Lämpösähköinen biomassa |
• Alhaiset polttoaine- ja rakennuskustannukset • Alhaiset kasvihuonekaasupäästöt |
• Metsäkadon mahdollisuus biomassaa tuottavien kasvien viljelyyn. • Kiistä maata ja elintarviketuotantoa |
Lämpöydin |
• Kasvihuonekaasupäästöjä ei ole käytännössä • Korkea tuottavuus |
• Hintava • Tuottama radioaktiivinen roskakori
• Onnettomuuksien seuraukset ovat erittäin vakavia |
Katso myös:
- Energialähteet
- Energialähteiden harjoitukset (mallilla).
