Tepelná energia: definícia a cvičenia

Energietermálny je široký pojem, ktorý sa používa na vyjadrenie rôznych termodynamických veličín, ako napr vnútorná energia alebo čiastka teplo vymieňané medzi systémami veľa rôznychteploty. V tomto článku sa budeme zaoberať tepelnou energiou ako synonymom pre energieinterné, čo možno chápať ako súčet energiekinetika a potenciál Od atómy a molekuly, ktoré tvoria termodynamický systém.

Pozritiež:Než budete pokračovať, prečítajte si úžasné zhrnutie termológie

Termálna energia

Energietermálny je výsledkom súčet dáva energiekinetika a potenciál všetkých zložiek tela. termálna energia Záležípriamo dáva teplotaabsolútna tela, merané v kelvinoch (K), a tiež závisí od množstva stupňovvsloboda systému, to znamená: počet smerov, v ktorých sa molekuly môžu pohybovať, vibrovať, oscilovať alebo dokonca rotovať.

Termoelektrické elektrárne premieňajú tepelnú energiu na elektrickú.

O vetadávaekvipartícia energie uvádza, že: pri každom stupni voľnosti systému možno jeho vnútornú energiu vypočítať z celočíselného násobku výrazu ½ k

_BT, kde Kb je konštantnývBoltzmann a T je teplota merané v kelvinoch. Vzorec použitý na výpočet tepelnej energie ideálneho jednoatómového plynu je uvedený nižšie, skontrolujte ho:

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

Pretože tepelná energia ideálnych plynov je vyjadrená vyššie uvedeným vzorcom a predstavuje energiekinetikapriemer systému môžeme napísať nasledujúcu rovnosť:

Distribúcia rýchlosti častíc ideálneho jednoatómového plynu.

Pozritiež:Koniec koncov, akej farby je voda?

Pomocou vyššie uvedeného vzorca je to možné odhadpriemerná rýchlosť prekladu atómov prítomných v atmosférický plyn. Pri zohľadnení teploty 25 ° C a pri zohľadnení atómov kyslík (M = 16 g / mol), sme zistili priemernú rýchlosť 680 m / s alebo 1525 km / h - to je rýchlosť, akou na nás neustále zasahovali častice atmosférického plynu.

Teraz neprestávajte... Po reklame je toho viac;)

V prípade dvojatómového plynu sa k výrazu použitému pre jednoatómové plyny pripočíta faktor ½k_BT, v dôsledku zvýšenia jedného stupňa voľnosti, čoho výsledkom je nasledujúci výraz:

Podľa prvý zákon z termodynamika, a energietermálny systému možno previesť na iné formy energie, ako napr teplo a práca. Napríklad teplo sa vzťahuje na prevodvenergietermálne,výlučne kvôli teplotnému rozdielu medzi systémom a jeho okolím; práca sa zase týka pôsobenia síl na systém alebo systémom.

V tomto zmysle možno prácu použiť na pohyb piestu, ako napríklad v parných lokomotívach a tiež v nich spaľovacie motory, ktoré poháňajú prakticky všetky súčasné motorové vozidlá. Ďalej prinášame prvý zákon termodynamiky, poznámka:

Podľa 1. zákona termodynamiky je variácia vnútornej energie rozdielom medzi prácou a teplom.

Existujú aj iné spôsoby výpočtu modulu tepelnej energie telesa v prípade plynyideály, v ktorom sa potenciálna energia medzi časticami považuje za nulovú, vyjadrujeme tak vnútornú energiu počtom krtkovia n) a tiež z univerzálna konštanta dokonalých plynov (R), skontrolovať:

n - počet mólov (mol)

R - univerzálna konštanta dokonalých plynov (R = 0,082 atm. L / mol. K alebo 8,31 J / mol. K)

Stále v rozsahu dokonalých plynov, kombinujúcich clapeyronova rovnica (PV = nRT), s exponovanou definíciou energie, je možné získať nový výraz, poznámka:

P - tlak (Pa)

V. - objem (m³)

Pozri tiež:Teplý vzduch stúpa a studený klesá, ale prečo?

Výhody a nevýhody tepelnej energie

Každý deň využívame veľké množstvo zdrojevenergietermálny na výrobu energie. O Ľudské telo, napríklad, spotrebuje veľa živiny na výrobu tepelnej energie potrebnej na fungovanie našich životne dôležitých procesov. veľa z elektrina vyrobené vo svete záleží to na našej schopnosti transformovať tepelnú energiu na elektrinu.

Vyskúšajte prostriedky, ktoré využívajú na výrobu elektriny tepelnú energiu, a jej hlavné výhody a nevýhody:

druh rastliny	Výhody	Nevýhody
termonukleárna rastlina	Nízke emisie znečisťujúcich plynov a vysoká účinnosť	Produkcia rádioaktívneho odpadu a vystavenie žiareniu
Uhoľná termoelektrická elektráreň	Veľká výroba energie a nízke náklady	Emisie znečisťujúcich a skleníkových plynov
Termoelektrická elektráreň poháňaná zemným plynom	Menej znečistenia ako spaľovanie uhlia	Jeho cena sa veľmi líši, pretože zemný plyn je ropný derivát
Termoelektrické zariadenie na biomasu	Nízke náklady na inštaláciu a nízke emisie skleníkových plynov	Odlesňovanie a veľké monokultúrne plantáže
geotermálna rastlina	Neznečisťuje	Vysoké náklady na inštaláciu a údržbu

Pozri tiež: Naučte sa hydrostatiku raz a navždy!

Cvičenie na tepelnú energiu

Otázka 1) Pri teplote 127 ° C sa stretávajú dva móly ideálneho dvojatómového plynu. Tepelná energia tohto plynu je približne:

Údaje: 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

Šablóna: Písmeno B

Rozhodnutie:

Vypočítajme energiu plynu pomocou nasledujúceho výrazu, pretože plyn je dvojatómový, avšak predtým, ako to urobíte, je potrebné previesť teplotu zo stupňov Celzia na kelvin, všimnite si kalkulácia:

Podľa výpočtov má tento dvojatómový plyn energiu 16 620 J, teda približne 1,7.10⁴ J, ak je to vyjadrené vedeckým zápisom a pomocou pravidiel zaokrúhľovania.

Otázka 2) Tri móly ideálneho jednoatómového plynu prijímajú teplo rovnajúce sa 5,10² cal a vykonáva prácu 2.10² vápno počas procesu. Určte teplotné zmeny, ktoré tento plyn zažíva, v stupňoch Celzia.

Údaje: R = 0,082 atm. L / mol. K

a) 214 ° C

b) 813 ° C

c) 1620 ° C

d) 740 ° C

e) 370 ° C

Šablóna: Písmeno B

Rozhodnutie:

Na vyriešenie tohto cvičenia je potrebné, aby sme spojili dva odlišné vzorce, prvý zákon z termodynamika, ktorá určuje variáciu energie, a vzorec tepelnej energie ideálneho jednoatómového plynu, sledovať:

Potom, čo sme nahradili údaje vo vzorcoch, nájdeme variáciu 813 ° C, takže správnou alternatívou je písmeno B.

Podľa mňa.Rafael Helerbrock