Toplotna energija: definicija in vaje

Energijatoplotno je širok izraz, ki se uporablja za izražanje različnih termodinamičnih količin, kot je notranja energija ali znesek toplota izmenjujejo med sistemi v veliko različnihtemperature. V tem članku bomo toplotno energijo obravnavali kot sinonim za energijanotranje, ki ga lahko razumemo kot vsoto energijekinetika in potencial Od atomi in molekule, ki tvorijo termodinamični sistem.

Poglejtudi:Pred nadaljevanjem si oglejte neverjeten povzetek o termologiji

Termalna energija

Energijatoplotno je rezultat vsota daje energijakinetika in potencial vseh sestavnih delcev telesa. termalna energija Odvisnoneposredno daje temperaturaabsolutno telesa, merjeno v kelvinah (K), in je odvisno tudi od količine stopinjvsvoboda sistema, to je: število smeri, v katerih se molekule lahko premikajo, vibrirajo, nihajo ali celo vrtijo.

Termoelektrarne pretvarjajo toplotno energijo v električno energijo.

O izrekdajeenakomerna razdelitev energije določa, da: pri vsaki stopnji svobode sistema lahko njegovo notranjo energijo izračunamo iz celoštevilčnega izraza ½ k

_BT, kjer je Kb konstantenvBoltzmann in T je temperatura merjeno v kelvinah. Formula, uporabljena za izračun toplotne energije idealnega monoatomskega plina, je prikazana spodaj, preverite:

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

Ker je toplotna energija idealnih plinov izražena z zgornjo formulo in predstavlja energijakinetikapovprečno sistema lahko zapišemo naslednjo enakost:

Porazdelitev hitrosti delcev idealnega monoatomskega plina.

Poglejtudi:Konec koncev, kakšne barve je voda?

Z uporabo zgornje formule je mogoče ocenopovprečna hitrost prevajanja atomov, prisotnih v atmosferski plin. Ob upoštevanju temperature 25 ° C in jemanja atomov kisik (M = 16 g / mol), smo ugotovili povprečno hitrost 680 m / s ali 1525 km / h - to je hitrost, s katero nas ves čas udarijo atmosferski delci plina.

Ne ustavi se zdaj... Po oglaševanju je še več;)

V primeru dvoatomskega plina se faktorju ½k doda izraz, ki se uporablja za enoatomske pline_BT zaradi povečanja ene stopnje svobode, kar ima za posledico naslednji izraz:

Glede na prvi zakon termodinamika, a energijatoplotno sistema se lahko pretvori v druge oblike energije, kot npr toplota in delo. Toplota se na primer nanaša na prenosvenergijatoplotna,izključno zaradi temperaturne razlike med sistemom in okolico; delo pa se nanaša na uporabo sil v sistemu ali s strani sistema.

V tem smislu lahko delo uporabimo za premikanje bata, tako kot pri lokomotivah na parni pogon in tudi v motorji z notranjim zgorevanjem, ki poganjajo skoraj vsa sedanja motorna vozila. Spodaj prinašamo prvi zakon termodinamike, opomba:

Po 1. zakonu termodinamike je sprememba notranje energije razlika med delom in toploto.

Obstajajo tudi drugi načini za izračun modula toplotne energije telesa, v primeru pliniideali, pri kateri se potencialna energija med delci šteje za nično, zato izražamo notranjo energijo s številom moli (n) in tudi iz univerzalna konstanta popolnih plinov (R), preverite:

n - število molov (mol)

R - univerzalna konstanta popolnih plinov (R = 0,082 atm. L / mol. K ali 8,31 J / mol. K)

Še vedno v obsegu popolnih plinov, ki združujejo klapejronska enačba (PV = nRT), pri izpostavljeni definiciji energije je mogoče dobiti nov izraz, opomba:

P - tlak (Pa)

V - prostornina (m³)

Glej tudi:Topel zrak se dviguje in hladen pada, toda zakaj?

Prednosti in slabosti toplotne energije

Vsak dan uporabimo veliko število virovvenergijatoplotno za proizvodnjo energije. O Človeško telona primer porabi veliko hranil ustvariti toplotno energijo, potrebno za delovanje naših vitalnih procesov. večji del elektrika proizvedena na svetu odvisno je od naše sposobnosti pretvorbe toplotne energije v električno energijo.

Oglejte si sredstva, ki uporabljajo toplotno energijo za proizvodnjo električne energije, in njene glavne prednosti in slabosti:

vrsta rastline	Prednosti	Slabosti
termonuklearna rastlina	Nizka emisija onesnaževalnih plinov in visoka učinkovitost	Proizvodnja radioaktivnih odpadkov in izpostavljenost sevanju
Termoelektrarna na premog	Velika proizvodnja energije in nizki stroški	Emisije onesnaževalnih in toplogrednih plinov
Termoelektrarna na zemeljski plin	Manj onesnaževanja kot kurjenje premoga	Njegovi stroški se zelo razlikujejo, saj je zemeljski plin naftni derivat
Termoelektrarna na biomaso	Nizki stroški namestitve in nizke emisije toplogrednih plinov	Krčenje gozdov in veliki nasadi monokulture
geotermalna naprava	Ne polute	Visoki stroški namestitve in vzdrževanja

Glej tudi: Naučite se hidrostatike enkrat za vselej!

Vaje na toplotni energiji

Vprašanje 1) Dva mola idealnega dvoatomskega plina se srečata pri temperaturi 127 ° C. Toplotna energija tega plina je približno:

Podatki: 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

Predloga: Črka B

Resolucija:

Izračunajmo energijo plina z uporabo naslednjega izraza, ker je plin dvoatomen, preden to storite, morate temperaturo iz stopinj Celzija pretvoriti v kelvin, upoštevajte izračun:

Po izračunih ima ta dvoatomski plin energijo 16.620 J, to je približno 1,7.10⁴ J, če je izraženo v znanstvenem zapisu in z uporabo pravil zaokroževanja.

Vprašanje 2) Trije moli idealnega monoatomskega plina prejmejo količino toplote, ki je enaka 5,10² kal in opravlja delo 2.10² apno med postopkom. Določite temperaturno nihanje tega plina v stopinjah Celzija.

Podatki: R = 0,082 atm. L / mol. K

a) 214 ° C

b) 813 ° C

c) 1620 ° C

d) 740 ° C

e) 370 ° C

Predloga: Črka B

Resolucija:

Da bi rešili to vajo, moramo združiti dve različni formuli, prvi zakon termodinamika, ki določa nihanje energije, in formula toplotne energije idealnega monoatomskega plina, pazi:

Po zamenjavi podatkov v formulah najdemo spremembo 813 ° C, zato je pravilna alternativa črka B.

Jaz, Rafael Helerbrock