אנרגיה תרמית: מה זה, יתרונות וחסרונות

אנרגיה תרמית או אנרגיה פנימית מוגדרת כסכום האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית הקשורה ביסודות המיקרוסקופיים המרכיבים את החומר.

באטומים ובמולקולות המרכיבות גופים יש תנועות אקראיות של תרגום, סיבוב ורטט. תנועה זו נקראת תסיסה תרמית.

השונות של האנרגיה התרמית במערכת מתרחשת דרך עבודה או חום.

לדוגמא, כאשר אנו משתמשים במשאבה ידנית כדי לנפח צמיג אופניים, אנו מבחינים כי המשאבה מתחממת. במקרה זה, הגידול באנרגיה התרמית התרחש על ידי העברת אנרגיה מכנית (עבודה).

העברת חום גורמת בדרך כלל לעלייה בתסיסה של מולקולות ואטומים בגוף. זה מייצר עלייה באנרגיה תרמית וכתוצאה מכך עלייה בטמפרטורה שלה.

כאשר שני גופים עם טמפרטורות שונות מובאים למגע, מתרחשת העברת אנרגיה ביניהם. לאחר פרק זמן מסוים, לשניהם תהיה אותה טמפרטורה, כלומר הם יגיעו ל איזון תרמי.

מדורה, דוגמה לאנרגיה תרמית.

אנרגיה תרמית, חום וטמפרטורה

למרות שמושגי הטמפרטורה, החום והאנרגיה התרמית מבולבלים בחיי היומיום, מבחינה פיזית הם אינם מייצגים את אותו הדבר.

חום הוא אנרגיה במעבר, ולכן אין טעם לומר שלגוף יש חום. למעשה, לגוף יש אנרגיה פנימית או תרמית.

הטמפרטורה מכמתת את המושגים של חם וקור. יתר על כן, זה הנכס הקובע את העברת החום בין שני גופים.

העברת האנרגיה בצורת חום מתרחשת רק בגלל ההבדל בטמפרטורה בין שני גופים. זה קורה באופן ספונטני מהגוף עם הטמפרטורה הגבוהה ביותר לטמפרטורה הנמוכה ביותר.

ישנן שלוש דרכים בהן ממרח חום: הולכה, הסעה והקרנה.

בְּ נְהִיגָה, אנרגיה תרמית מועברת באמצעות תסיסה מולקולרית. בְּ הולכת חום אנרגיה מתפשטת באמצעות תנועת הנוזל המחומם, מכיוון שצפיפות משתנה עם הטמפרטורה.

כבר בפנים הקרנה תרמיתההעברה מתבצעת באמצעות גלים אלקטרומגנטיים.

למידע נוסף, קרא גם חום וטמפרטורה

נוּסחָה

ניתן לחשב את האנרגיה הפנימית של גז אידיאלי, שנוצר על ידי סוג אטום אחד בלבד, על ידי הנוסחה הבאה:

להיות,

U: אנרגיה פנימית. היחידה במערכת הבינלאומית היא הג'ול (J)
n: מספר שומה של גז
R: קבוע גז אידיאלי
T: טמפרטורה בקלווין (K)

דוגמא

מהי האנרגיה הפנימית של 2 מול של גז מושלם, שבזמן נתון יש לו טמפרטורה של 27 מעלות צלזיוס?
שקול R = 8.31 J / mol. ק.

ראשית עלינו לשנות את הטמפרטורה לקלווין, כך שיהיה לנו:

T = 27 + 273 = 300 K

ואז פשוט החליפו אותו בנוסחה

שימוש באנרגיה תרמית

מאז ההתחלה השתמשנו באנרגיה תרמית מהשמש. בנוסף, האדם תמיד ביקש ליצור מכשירים המסוגלים להמיר ולהכפיל משאבים אלה לאנרגיה שימושית, בעיקר בייצור חַשְׁמַל ותחבורה.

הפיכת האנרגיה התרמית לאנרגיה חשמלית, לשימוש בקנה מידה גדול, מתבצעת במפעלים תרמו-חשמליים ותרמו-גרעיניים.

במפעלים אלה משתמשים בדלק כלשהו לחימום המים בדוד. הקיטור המיוצר מניע את הטורבינות המחוברות לגנרטור החשמל.

בתוך ה מפעלים תרמו-גרעיניים, חימום המים נעשה באמצעות אנרגיה תרמית המשתחררת מתגובת ביקוע גרעינית של יסודות רדיואקטיביים.

כבר את צמחים תרמו-חשמליים, השתמש בשריפת חומרי גלם מתחדשים ולא מתחדשים לאותה מטרה.

יתרונות וחסרונות

לתחנות כוח תרמואלקטריות, באופן כללי, יש יתרון בכך שהן יכולות להיות מותקנות בקרבת מרכזי צריכה, מה שמפחית עלויות עם התקנת רשתות הפצה. בנוסף, הם אינם תלויים בגורמים טבעיים להפעלה, כמו שקורה בצמחים מפעלים הידרואלקטריים ו רוּחַ.

עם זאת, הם גם יצרנית הגז השנייה בגודלה. אפקט החממה. השפעותיו העיקריות הן פליטת גזים מזהמים המפחיתים את איכות האוויר והתחממות מי הנהר.

צמחים מסוג זה מציגים הבדלים בהתאם לסוג הדלק בו משתמשים. בטבלה שלהלן אנו מראים את היתרונות והחסרונות של הדלקים העיקריים המשמשים כיום.

סוג הצמח	יתרונות	חסרונות
תרמו-אלקטרי ל פֶּחָם	• תפוקה גבוהה • עלות דלק ובנייה נמוכה	• זה זה שפולט הכי הרבה גזי חממה • הגזים הנפלטים גורמים גשם חומצי • זיהום גורם לבעיות נשימה
תרמו-אלקטרי ל גז טבעי	• פחות זיהום מקומי בהשוואה לפחם • עלות בניה נמוכה	• פליטת גזי חממה גבוהה • שונות גדולה מאוד בעלות הדלק (הקשורה למחיר הנפט)
תרמו-אלקטרי ל ביומסה	• עלות דלק ובנייה נמוכה • פליטת גזי חממה נמוכה	• אפשרות של כריתת יערות לגידול צמחים שיוליד ביומסה. • מחלוקת על שטחי קרקע בייצור מזון
תֶרמוֹגַרעִינִי	• כמעט ואין פליטה של ​​גזי חממה • תפוקה גבוהה	• עלות גבוהה • ייצור של אשפה רדיואקטיבית • ההשלכות של תאונות חמורות מאוד

ראה גם:

• מקורות אנרגיה
• תרגילי מקורות אנרגיה (עם תבנית).