Tepelná energia alebo vnútorná energia je definovaná ako súčet kinetickej a potenciálnej energie spojenej s mikroskopickými prvkami, ktoré tvoria hmotu.
Atómy a molekuly, ktoré tvoria telá, majú náhodné pohyby, transláciu, rotáciu a vibrácie. Tento pohyb sa nazýva tepelné miešanie.
Zmeny tepelnej energie v systéme nastávajú prácou alebo teplom.
Keď napríklad nafúkame pneumatiku na bicykli pomocou ručnej pumpy, všimneme si, že sa pumpa zahrieva. V tomto prípade došlo k zvýšeniu tepelnej energie mechanickým prenosom energie (prácou).
Prenos tepla zvyčajne spôsobuje zvýšenie rozrušenia molekúl a atómov v tele. Toto spôsobuje zvýšenie tepelnej energie a následne zvýšenie jej teploty.
Pri kontakte dvoch telies s rôznymi teplotami dochádza medzi nimi k prenosu energie. Po určitom čase budú mať obidve rovnakú teplotu, to znamená, že dosiahnu teplotu tepelná bilancia.
Tepelná energia, teplo a teplota
Aj keď sú pojmy teplota, teplo a tepelná energia v každodennom živote zmätené, fyzikálne nepredstavujú to isté.
Teplo je energia prenášaná, takže nemá zmysel hovoriť, že telo má teplo. V skutočnosti má telo vnútornú alebo tepelnú energiu.
Teplota kvantifikuje pojmy horúce a studené. Ďalej je to vlastnosť, ktorá riadi prenos tepla medzi dvoma telesami.
K prenosu energie vo forme tepla dochádza iba v dôsledku rozdielu teplôt medzi dvoma telesami. Vyskytuje sa spontánne z tela s najvyššou teplotou na najnižšiu teplotu.
Existujú tri spôsoby šírenie tepla: vedenie, konvekcia a ožarovanie.
O šoférovanie, tepelná energia sa prenáša molekulárnym miešaním. O konvekcia energia sa šíri pohybom ohriatej tekutiny, pretože hustota sa mení s teplotou.
už v tepelné ožarovanie, prenos sa uskutočňuje prostredníctvom elektromagnetických vĺn.
Ak sa chcete dozvedieť viac, prečítajte si tiež Teplo a teplota
Vzorec
Vnútorná energia ideálneho plynu tvorená iba jedným typom atómu sa dá vypočítať podľa tohto vzorca:
Byť,
U: vnútorná energia. Jednotkou v medzinárodnom systéme je joule (J)
n: molové číslo plynu
R: konštanta ideálneho plynu
T: teplota v kelvinoch (K)
Príklad
Aká je vnútorná energia 2 mólov dokonalého plynu, ktorý má v danom čase teplotu 27 ° C?
Zvážte R = 8,31 J / mol. K.
Najskôr musíme zmeniť teplotu na kelvin, takže budeme mať:
T = 27 + 273 = 300 K.
Potom to stačí nahradiť vo vzorci
Využitie tepelnej energie
Od začiatku sme používali tepelnú energiu zo Slnka. Okrem toho sa človek vždy snažil vytvoriť zariadenia schopné prevádzať a znásobovať tieto zdroje na užitočnú energiu, hlavne pri výrobe elektrina a preprava.
Transformácia tepelnej energie na elektrickú, ktorá sa má vo veľkom meradle využívať, sa uskutočňuje v termoelektrických a termonukleárnych zariadeniach.
V týchto zariadeniach sa určité množstvo paliva používa na ohrev vody v kotle. Vyprodukovaná para posúva turbíny spojené s generátorom elektrickej energie.
V termonukleárne elektrárne, ohrev vody sa uskutočňuje pomocou tepelnej energie uvoľnenej z jadrového štiepenia rádioaktívnych prvkov.
už je termoelektrické rastliny, na ten istý účel využiť spaľovanie obnoviteľných a neobnoviteľných surovín.
Výhody a nevýhody
Termoelektrické elektrárne majú vo všeobecnosti výhodu v tom, že sa dajú inštalovať v blízkosti odberných stredísk, čo znižuje náklady na inštaláciu distribučných sietí. Okrem toho nezávisia od fungovania prírodných faktorov, ako je to v prípade rastlín vodné elektrárne a vietor.
Zároveň sú však druhým najväčším producentom plynu. skleníkový efekt. Jeho hlavnými dopadmi sú emisie znečisťujúcich plynov, ktoré znižujú kvalitu ovzdušia a otepľovanie riečnych vôd.
Rastliny tohto typu sa líšia v závislosti od typu použitého paliva. V nasledujúcej tabuľke uvádzame výhody a nevýhody hlavných palív, ktoré sa v súčasnosti používajú.
druh rastliny |
Výhody |
Nevýhody |
|---|---|---|
Termoelektrické do Uhlie |
• Vysoká produktivita • Nízke náklady na palivo a výstavbu |
• Je to ten, ktorý emituje najviac skleníkových plynov • Príčinou sú emitované plyny kyslý dážď
• Znečistenie spôsobuje dýchacie ťažkosti |
Termoelektrické do zemný plyn |
• Menej lokálneho znečistenia v porovnaní s uhlím • Nízke stavebné náklady |
• Vysoké emisie skleníkových plynov • Veľmi veľké rozdiely v nákladoch na palivo (spojené s cenou ropy) |
Termoelektrické do biomasa |
• Nízke náklady na palivo a výstavbu • Nízke emisie skleníkových plynov |
• Možnosť odlesňovania na kultiváciu rastlín, ktoré vedú k vzniku biomasy. • Sporte pozemný priestor s výrobou potravín |
Termonukleárne |
• Neexistujú prakticky žiadne emisie skleníkových plynov • Vysoká produktivita |
• Vysoká cena • Výroba rádioaktívny odpad
• Následky nehôd sú veľmi vážne |
Pozri tiež:
- Zdroje energie
- Cvičenie so zdrojmi energie (so šablónou).