Thermische energie of interne energie wordt gedefinieerd als de som van de kinetische en potentiële energie geassocieerd met de microscopische elementen waaruit materie bestaat.
De atomen en moleculen waaruit lichamen bestaan, hebben willekeurige bewegingen van translatie, rotatie en vibratie. Deze beweging wordt thermische agitatie genoemd.
De variatie van thermische energie in een systeem vindt plaats door arbeid of warmte.
Wanneer we bijvoorbeeld een handpomp gebruiken om een fietsband op te pompen, merken we dat de pomp warm wordt. In dit geval vond de toename van thermische energie plaats door mechanische energieoverdracht (arbeid).
Warmteoverdracht veroorzaakt normaal gesproken een toename van de agitatie van moleculen en atomen in een lichaam. Dit veroorzaakt een toename van thermische energie en bijgevolg een toename van de temperatuur.
Wanneer twee lichamen met verschillende temperaturen met elkaar in contact worden gebracht, vindt er energieoverdracht tussen hen plaats. Na een bepaalde tijd zullen beide dezelfde temperatuur hebben, dat wil zeggen, ze zullen de
thermische balans.
Thermische energie, warmte en temperatuur
Hoewel de begrippen temperatuur, warmte en thermische energie in het dagelijks leven met elkaar verward worden, vertegenwoordigen ze fysiek niet hetzelfde.
Warmte is energie die onderweg is, dus het heeft geen zin om te zeggen dat een lichaam warmte heeft. In feite heeft het lichaam interne of thermische energie.
Temperatuur kwantificeert de begrippen warm en koud. Bovendien is het de eigenschap die de overdracht van warmte tussen twee lichamen regelt.
De overdracht van energie in de vorm van warmte gebeurt alleen door het temperatuurverschil tussen twee lichamen. Het ontstaat spontaan van het lichaam met de hoogste temperatuur naar de laagste temperatuur.
Er zijn drie manieren waarop warmte verspreiding: geleiding, convectie en bestraling.
Bij het rijdenwordt thermische energie overgedragen door moleculaire agitatie. Bij convectie energie plant zich voort door de beweging van de verwarmde vloeistof, omdat de dichtheid varieert met de temperatuur.
al in thermische straling:, de transmissie vindt plaats via elektromagnetische golven.
Lees ook voor meer informatie Warmte en temperatuur
Formule
De interne energie van een ideaal gas, gevormd door slechts één type atoom, kan worden berekend met de volgende formule:
Wezen,
U: interne energie. De eenheid in het internationale systeem is de joule (J)
n: mol aantal gas
R: ideale gasconstante
T: temperatuur in kelvin (K)
Voorbeeld
Wat is de interne energie van 2 mol van een perfect gas, dat op een gegeven moment een temperatuur heeft van 27 °C?
Beschouw R=8,31 J/mol. K.
Eerst moeten we de temperatuur veranderen in kelvin, dus we hebben:
T = 27 + 273 = 300 K
Vervang het dan gewoon in de formule
Gebruik van thermische energie
Sinds het begin gebruiken we thermische energie van de zon. Bovendien heeft de mens altijd geprobeerd apparaten te creëren die deze hulpbronnen kunnen omzetten en vermenigvuldigen in bruikbare energie, voornamelijk bij de productie van elektriciteit en vervoer.
De omzetting van thermische energie in elektrische energie, voor gebruik op grote schaal, wordt uitgevoerd in thermo-elektrische en thermonucleaire installaties.
In deze installaties wordt wat brandstof gebruikt om het water in een boiler te verwarmen. De geproduceerde stoom beweegt de turbines die zijn aangesloten op de elektriciteitsgenerator.
In de thermonucleaire planten, wordt de verwarming van water gedaan door thermische energie die vrijkomt bij de kernsplijtingsreactie van radioactieve elementen.
al de thermo-elektrische centrales, de verbranding van hernieuwbare en niet-hernieuwbare grondstoffen voor hetzelfde doel gebruiken.
Voor-en nadelen
Thermo-elektrische centrales hebben over het algemeen het voordeel dat ze dicht bij verbruikscentra kunnen worden geïnstalleerd, wat de kosten verlaagt bij de installatie van distributienetwerken. Bovendien zijn ze voor hun werking niet afhankelijk van natuurlijke factoren, zoals bij planten het geval is waterkrachtcentrales en wind.
Ze zijn echter ook de op één na grootste gasproducent. broeikaseffect. De belangrijkste effecten zijn de uitstoot van vervuilende gassen die de luchtkwaliteit verminderen en de opwarming van rivierwateren.
Installaties van dit type vertonen verschillen afhankelijk van het type brandstof dat wordt gebruikt. In onderstaande tabel laten we de voor- en nadelen zien van de belangrijkste brandstoffen die momenteel worden gebruikt.
soort plant |
Voordelen |
nadelen |
|---|---|---|
Thermo-elektrisch naar Steenkool |
• Hoge productiviteit • Lage brandstof- en constructiekosten |
• Het is degene die de meeste broeikasgassen uitstoot • De uitgestoten gassen veroorzaken zure regen
• Vervuiling veroorzaakt ademhalingsproblemen |
Thermo-elektrisch naar natuurlijk gas |
• Minder lokale vervuiling in vergelijking met kolen • Lage bouwkosten |
• Hoge uitstoot van broeikasgassen • Zeer grote variatie in brandstofkosten (geassocieerd met olieprijs) |
Thermo-elektrisch naar biomassa |
• Lage brandstof- en constructiekosten • Lage uitstoot van broeikasgassen |
• Mogelijkheid tot ontbossing voor de teelt van planten die biomassa gaan opleveren. • Betwist landruimte met voedselproductie |
thermonucleair |
• Er is praktisch geen uitstoot van broeikasgassen • Hoge productiviteit |
• Hoge kosten • Productie van radioactief afval
• De gevolgen van ongevallen zijn zeer ernstig |
Zie ook:
- Energiebronnen
- Energiebronnen Oefeningen (met sjabloon).
