Energia cieplna lub energia wewnętrzna jest definiowana jako suma energii kinetycznej i potencjalnej związanej z mikroskopijnymi elementami tworzącymi materię.
Atomy i molekuły tworzące ciała mają losowe ruchy translacyjne, rotacyjne i wibracyjne. Ten ruch nazywa się mieszaniem termicznym.
Zmiana energii cieplnej w systemie następuje poprzez pracę lub ciepło.
Na przykład, gdy używamy pompki ręcznej do pompowania opony rowerowej, zauważamy, że pompka się nagrzewa. W tym przypadku wzrost energii cieplnej nastąpił w wyniku mechanicznego transferu energii (pracy).
Przenoszenie ciepła zwykle powoduje wzrost mieszania cząsteczek i atomów w ciele. Powoduje to wzrost energii cieplnej, aw konsekwencji wzrost jej temperatury.
Kiedy stykają się dwa ciała o różnych temperaturach, następuje między nimi wymiana energii. Po pewnym czasie obie będą miały tę samą temperaturę, to znaczy osiągną bilans cieplny.
Energia cieplna, ciepło i temperatura
Chociaż pojęcia temperatury, ciepła i energii cieplnej są mylone w życiu codziennym, fizycznie nie reprezentują tego samego.
Ciepło to energia w drodze, więc nie ma sensu mówić, że ciało ma ciepło. W rzeczywistości ciało ma energię wewnętrzną lub cieplną.
Temperatura kwantyfikuje pojęcia ciepła i zimna. Co więcej, jest to właściwość, która reguluje przepływ ciepła między dwoma ciałami.
Przekazywanie energii w postaci ciepła następuje tylko z powodu różnicy temperatur między dwoma ciałami. Występuje samoistnie od ciała o najwyższej temperaturze do najniższej temperatury.
Istnieją trzy sposoby na rozprzestrzenianie się ciepła: przewodzenie, konwekcja i napromienianie.
W napędowy, energia cieplna jest przekazywana poprzez mieszanie molekularne. W konwekcja energia rozprzestrzenia się poprzez ruch ogrzanego płynu, ponieważ gęstość zmienia się wraz z temperaturą.
już w środku promieniowanie cieplne, transmisja odbywa się za pośrednictwem fal elektromagnetycznych.
Aby dowiedzieć się więcej, czytaj też Ciepło i temperatura
Formuła
Energię wewnętrzną gazu doskonałego, utworzonego przez tylko jeden rodzaj atomu, można obliczyć według następującego wzoru:
Istota,
U: energia wewnętrzna. Jednostką w systemie międzynarodowym jest dżul (J)
n: liczba molowa gazu
R: idealna stała gazu
T: temperatura w kelwinach (K)
Przykład
Jaka jest energia wewnętrzna 2 moli gazu doskonałego, który w danej chwili ma temperaturę 27 °C?
Rozważ R=8,31 J/mol. K.
Najpierw musimy zmienić temperaturę na kelwiny, więc będziemy mieli:
T = 27 + 273 = 300 K
Następnie po prostu zastąp go w formule
Wykorzystanie energii cieplnej
Od początku korzystaliśmy z energii cieplnej Słońca. Ponadto człowiek zawsze dążył do stworzenia urządzeń zdolnych do przekształcania i mnożenia tych zasobów w energię użyteczną, głównie w produkcji Elektryczność i transport.
Przekształcenie energii cieplnej w energię elektryczną do wykorzystania na dużą skalę odbywa się w elektrowniach termoelektrycznych i termojądrowych.
W tych zakładach do podgrzewania wody w kotle wykorzystuje się paliwo. Wytwarzana para porusza turbiny podłączone do generatora energii elektrycznej.
w rośliny termojądrowe, ogrzewanie wody odbywa się za pomocą energii cieplnej uwalnianej z reakcji rozszczepienia jądrowego pierwiastków promieniotwórczych.
już elektrownie termoelektryczne, wykorzystywać do tego samego celu spalanie surowców odnawialnych i nieodnawialnych.
Zalety i wady
Ogólnie rzecz biorąc, elektrownie termoelektryczne mają tę zaletę, że mogą być instalowane w pobliżu ośrodków poboru, co zmniejsza koszty instalacji sieci dystrybucyjnych. Ponadto nie są one uzależnione od czynników naturalnych w działaniu, jak ma to miejsce w przypadku roślin elektrownie wodne i wiatr.
Są jednak również drugim największym producentem gazu. efekt cieplarniany. Jego główne skutki to emisja zanieczyszczających gazów, które obniżają jakość powietrza i ocieplenie wód rzecznych.
Rośliny tego typu wykazują różnice w zależności od rodzaju stosowanego paliwa. W poniższej tabeli przedstawiamy zalety i wady obecnie stosowanych głównych paliw.
rodzaj rośliny |
Korzyści |
Niedogodności |
|---|---|---|
Termoelektryczny do Węgiel |
• Wysoka wydajność • Niski koszt paliwa i budowy |
• To ten, który emituje najwięcej gazów cieplarnianych • Emitowane gazy powodują kwaśny deszcz
• Zanieczyszczenia powodują problemy z oddychaniem |
Termoelektryczny do gazu ziemnego |
• Mniejsze zanieczyszczenie lokalne w porównaniu z węglem • Niski koszt budowy |
• Wysoka emisja gazów cieplarnianych • Bardzo duże zróżnicowanie kosztów paliwa (związane z ceną ropy) |
Termoelektryczny do biomasa |
• Niski koszt paliwa i budowy • Niska emisja gazów cieplarnianych |
• Możliwość wylesiania pod uprawę roślin, z których powstanie biomasa. • Powierzchnia sporna z produkcją żywności |
Termojądrowy |
• Praktycznie nie ma emisji gazów cieplarnianych • Wysoka wydajność |
• Wysoki koszt • Produkcja radioaktywne śmieci
• Konsekwencje wypadków są bardzo poważne |
Zobacz też:
- Źródła energii
- Ćwiczenia Źródła Energii (z szablonem).
