L'énergie thermique ou énergie interne est définie comme la somme des énergies cinétique et potentielle associées aux éléments microscopiques qui composent la matière.
Les atomes et les molécules qui composent les corps ont des mouvements aléatoires de translation, de rotation et de vibration. Ce mouvement est appelé agitation thermique.
La variation de l'énergie thermique dans un système se produit par le travail ou la chaleur.
Par exemple, lorsque nous utilisons une pompe à main pour gonfler un pneu de vélo, nous remarquons que la pompe chauffe. Dans ce cas, l'augmentation de l'énergie thermique s'est produite par transfert d'énergie mécanique (travail).
Le transfert de chaleur provoque normalement une augmentation de l'agitation des molécules et des atomes dans un corps. Cela produit une augmentation de l'énergie thermique et par conséquent une augmentation de sa température.
Lorsque deux corps avec des températures différentes sont mis en contact, un transfert d'énergie se produit entre eux. Après un certain temps, les deux auront la même température, c'est-à-dire qu'ils atteindront le
bilan thermique.
Énergie thermique, chaleur et température
Bien que les notions de température, de chaleur et d'énergie thermique soient confondues dans la vie de tous les jours, elles ne représentent physiquement pas la même chose.
La chaleur est de l'énergie en transit, cela n'a donc aucun sens de dire qu'un corps a de la chaleur. En fait, le corps a de l'énergie interne ou thermique.
La température quantifie les notions de chaud et de froid. De plus, c'est la propriété qui régit le transfert de chaleur entre deux corps.
Le transfert d'énergie sous forme de chaleur ne se produit qu'en raison de la différence de température entre deux corps. Il se produit spontanément du corps avec la température la plus élevée à la température la plus basse.
Il y a trois façons de propagation de la chaleur: conduction, convection et irradiation.
À conduite, l'énergie thermique est transmise par agitation moléculaire. À convection l'énergie se propage par le mouvement du fluide chauffé, car la densité varie avec la température.
déjà là rayonnement thermique, la transmission s'effectue par ondes électromagnétiques.
Pour en savoir plus, lisez aussi Chaleur et température
Formule
L'énergie interne d'un gaz parfait, formé d'un seul type d'atome, peut être calculée par la formule suivante :
Étant,
U: énergie interne. L'unité dans le système international est le joule (J)
n: nombre de mole de gaz
R: constante des gaz parfaits
T: température en Kelvin (K)
Exemple
Quelle est l'énergie interne de 2 moles d'un gaz parfait, qui à un instant donné a une température de 27 °C ?
Considérons R=8.31 J/mol. K.
Nous devons d'abord changer la température en kelvin, nous aurons donc :
T = 27 + 273 = 300 K
Ensuite, remplacez-le simplement dans la formule
Utilisation de l'énergie thermique
Depuis le début, nous utilisons l'énergie thermique du Soleil. De plus, l'homme a toujours cherché à créer des dispositifs capables de convertir et de multiplier ces ressources en énergie utile, principalement dans la production de électricité et le transport.
La transformation de l'énergie thermique en énergie électrique, destinée à être utilisée à grande échelle, est réalisée dans des centrales thermoélectriques et thermonucléaires.
Dans ces usines, du combustible est utilisé pour chauffer l'eau d'une chaudière. La vapeur produite met en mouvement les turbines reliées au générateur d'énergie électrique.
Dans le centrales thermonucléaires, le chauffage de l'eau se fait grâce à l'énergie thermique libérée par la réaction de fission nucléaire des éléments radioactifs.
déjà le centrales thermoélectriques, utiliser la combustion de matières premières renouvelables et non renouvelables dans le même but.
Avantages et inconvénients
Les centrales thermoélectriques, en général, ont l'avantage de pouvoir être installées à proximité des centres de consommation, ce qui réduit les coûts avec l'installation des réseaux de distribution. De plus, ils ne dépendent pas de facteurs naturels pour fonctionner, comme c'est le cas avec les usines centrales hydroélectriques et vent.
Cependant, ils sont également le deuxième plus grand producteur de gaz. Effet de serre. Ses principaux impacts sont l'émission de gaz polluants qui réduisent la qualité de l'air et le réchauffement des eaux fluviales.
Les installations de ce type présentent des différences selon le type de combustible utilisé. Dans le tableau ci-dessous, nous montrons les avantages et les inconvénients des principaux combustibles actuellement utilisés.
type de plante |
Avantages |
Désavantages |
|---|---|---|
Thermoélectrique à Charbon |
• Grande productivité • Faible coût de carburant et de construction |
• C'est celui qui émet le plus de gaz à effet de serre • Les gaz émis causent pluie acide
• La pollution cause des problèmes respiratoires |
Thermoélectrique à gaz naturel |
• Moins de pollution locale par rapport au charbon • Faible coût de construction |
• Émissions élevées de gaz à effet de serre • Très grande variation du coût du carburant (associée au prix du pétrole) |
Thermoélectrique à biomasse |
• Faible coût de carburant et de construction • Faibles émissions de gaz à effet de serre |
• Possibilité de déforestation pour la culture de plantes qui donneront naissance à de la biomasse. • Disputez l'espace terrestre avec la production alimentaire |
Thermonucléaire |
• Il n'y a pratiquement pas d'émission de gaz à effet de serre • Grande productivité |
• Coût élevé • Production de déchets radioactifs
• Les conséquences des accidents sont très graves |
Voir aussi :
- Sources d'énergie
- Exercices sur les sources d'énergie (avec modèle).
