Toplinska energija: definicija i vježbe

Energijatoplinska je širok pojam, koji se koristi za izražavanje različitih termodinamičkih veličina, kao što je unutarnja energija ili iznos od toplina razmjenjuju se između sustava mnogo različitihtemperaturama. U ovom ćemo članku toplinsku energiju tretirati kao sinonim za energijeunutarnja, koji se može shvatiti kao zbroj energijekinetika i potencijal Iz atoma i molekule koje čine termodinamički sustav.

Izgledtakođer:Prije nastavka pogledajte nevjerojatan sažetak o termologiji

Termalna energija

Energijatoplinska je rezultat iznos daje energijekinetika i potencijal svih sastavnih čestica tijela. Termalna energija Ovisidirektno daje temperaturaapsolutni tijela, mjereno u kelvinima (K), a također ovisi o količini stupnjevausloboda sustava, odnosno: broj smjerova u kojima se molekule mogu kretati, titrati, oscilirati ili čak okretati.

Termoelektrane pretvaraju toplinsku energiju u električnu.

O teoremadajeekvivalentnost energije kaže da se: pri svakom stupnju slobode sustava, njegova unutarnja energija može izračunati iz cijelog višekratnika izraza ½ k

_BT, gdje je Kb konstantnouBoltzmann a T je temperatura mjereno u kelvinima. Formula koja se koristi za izračunavanje toplinske energije idealnog monoatomskog plina prikazana je u nastavku, pogledajte:

K_B - Boltzmannova konstanta (K_B = 1,38.10^-23 m².kg / s². K)

Budući da se toplinska energija idealnih plinova izražava gornjom formulom i predstavlja energijekinetikaprosječno sustava, možemo zapisati sljedeću jednakost:

Raspodjela brzine čestica idealnog monoatomskog plina.

Izgledtakođer:Napokon, koje je boje voda?

Koristeći gornju formulu, moguće je procjenaprosječna translacijska brzina atoma prisutnih u atmosferski plin. Uzimajući u obzir temperaturu od 25 ° C i uzimajući atome kisik (M = 16 g / mol), pronašli smo prosječnu brzinu od 680 m / s ili 1525 km / h - to je brzina kojom nas atmosferske čestice plina cijelo vrijeme udaraju.

U slučaju dvoatomskog plina, faktor ½k dodaje se izrazu koji se koristi za monoatomske plinove_BT, zbog povećanja jednog stupnja slobode, što je rezultiralo sljedećim izrazom:

Prema prvi zakon iz termodinamika, a energijetoplinska sustava može se pretvoriti u druge oblike energije, kao što je toplina i raditi. Toplina se, na primjer, odnosi na prijenosuenergijetermalna,isključivo zbog temperaturne razlike između sustava i njegove okoline; posao se pak odnosi na primjenu sila na sustav ili na sustav.

U tom smislu, rad se može koristiti za pomicanje klipa, kao u lokomotivama na parni pogon, a također i u motori s unutarnjim izgaranjem, koji pokreću gotovo sva trenutna motorna vozila. U nastavku donosimo prvi zakon termodinamike, napomena:

Prema 1. zakonu termodinamike, varijacija unutarnje energije je razlika između rada i topline.

Postoje i drugi načini za izračunavanje modula toplinske energije tijela, u slučaju plinoviideali, u kojem se potencijalna energija između čestica smatra nulom, zato unutarnju energiju izražavamo brojem madeži (n), a također iz univerzalna konstanta savršenih plinova (R), provjeri:

n - broj molova (mol)

R - univerzalna konstanta savršenih plinova (R = 0,082 atm. L / mol. K ili 8,31 J / mol. K)

Još uvijek u dosegu savršenih plinova, kombinirajući klapejronska jednadžba (PV = nRT), s izloženom definicijom energije, moguće je dobiti novi izraz, napomena:

Str - tlak (Pa)

V - zapremina (m³)

Pogledajte i:Topli zrak raste, a hladan pada, ali zašto?

Prednosti i nedostaci toplinske energije

Svakodnevno koristimo velik broj izvoriuenergijetoplinska za proizvodnju energije. O Ljudsko tijelona primjer, troši puno hranjive tvari za stvaranje toplinske energije potrebne za funkcioniranje naših vitalnih procesa. veći dio struja proizvedene u svijetu to ovisi o našoj sposobnosti da toplinsku energiju pretvorimo u električnu.

Pogledajte sredstva koja koriste toplinsku energiju za proizvodnju električne energije i njene glavne prednosti i nedostatke:

vrsta biljke	Prednosti	Mane
termonuklearna biljka	Niska emisija zagađujućih plinova i visoka učinkovitost	Proizvodnja radioaktivnog otpada i izloženost zračenju
Termoelektrana na ugljen	Velika proizvodnja energije i niska cijena	Emisija zagađujućih i stakleničkih plinova
Termoelektrana na prirodni plin	Manje zagađenja od izgaranja ugljena	Njegova cijena znatno varira, jer je prirodni plin naftni derivat
Termoelektrana na biomasu	Niski troškovi instalacije i niske emisije stakleničkih plinova	Krčenje šuma i veliki nasadi monokulture
geotermalna biljka	Ne polute	Visoki troškovi instalacije i održavanja

Pogledajte i: Naučite hidrostatiku jednom zauvijek!

Vježbe na toplinskoj energiji

Pitanje 1) Dva mola idealnog dvoatomskog plina susreću se na temperaturi od 127 ° C. Toplinska energija ovog plina je približno:

Podaci: R = 8,31 J / mol. K

a) 1.5.10⁶ J

b) 1.7.10⁴ J

c) 8.5.10³ J

d) 5.3.10⁴ J

e) 8.5.10⁴ J

Povratne informacije: Slovo B

Razlučivost:

Izračunajmo energiju plina pomoću sljedećeg izraza, budući da je plin dvoatoman prije nego što to učinite, potrebno je temperaturu iz stupnjeva Celzijevih pretvoriti u kelvin, napominjemo izračun:

Prema izračunima, ovaj dvoatomski plin ima energiju od 16 620 J, odnosno približno 1,7.10⁴ J, ako je izraženo u znanstvenom zapisu i koristeći pravila zaokruživanja.

Pitanje 2) Tri mola idealnog monoatomskog plina dobivaju količinu topline jednaku 5,10² kal i obavlja posao od 2.10² vapno tijekom postupka. Utvrdite temperaturne promjene u plinu u stupnjevima Celzijusa.

Podaci: R = 0,082 atm. L / mol. K

a) 214 ° C

b) 813 ° C

c) 1620 ° C

d) 740 ° C

e) 370 ° C

Povratne informacije: Slovo B

Rješenje:

Da bismo riješili ovu vježbu, potrebno je kombinirati dvije različite formule, prvi zakon termodinamika, koja određuje varijaciju energije, i formula toplinske energije idealnog monoatomskog plina, Gledati:

Nakon što zamijenimo podatke u formulama, nalazimo varijaciju od 813 ° C, pa je ispravna alternativa slovo B.

Ja, Rafael Helerbrock

Izvor: Brazil škola - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-termica.htm