Toplotna ali notranja energija je opredeljena kot vsota kinetične in potencialne energije, povezane z mikroskopskimi elementi, ki tvorijo snov.
Atomi in molekule, ki sestavljajo telesa, imajo naključna gibanja prevajanja, vrtenja in vibriranja. To gibanje se imenuje termično mešanje.
Do sprememb toplotne energije v sistemu pride zaradi dela ali toplote.
Na primer, ko z ročno črpalko napihnemo kolessko gumo, opazimo, da se črpalka segreje. V tem primeru je do povečanja toplotne energije prišlo z mehanskim prenosom energije (dela).
Prenos toplote običajno povzroči povečanje vznemirjenosti molekul in atomov v telesu. To povzroči povečanje toplotne energije in posledično povečanje njene temperature.
Ko prideta v stik dve telesi z različnimi temperaturami, med njima pride do prenosa energije. Po določenem časovnem obdobju bosta oba imela enako temperaturo, to pomeni, da bosta dosegli toplotna bilanca.
Toplotna energija, toplota in temperatura
Čeprav se pojmi temperature, toplote in toplotne energije v vsakdanjem življenju mešajo, fizično ne predstavljajo istega.
Toplota je energija v tranzitu, zato nima smisla trditi, da ima telo toploto. Dejansko ima telo notranjo ali toplotno energijo.
Temperatura kvantificira pojma vroče in hladno. Poleg tega je lastnost, ki ureja prenos toplote med dvema telesoma.
Prenos energije v obliki toplote se zgodi le zaradi razlike v temperaturi med dvema telesoma. Pojavi se spontano od telesa z najvišjo temperaturo do najnižje temperature.
Obstajajo trije načini širjenje toplote: prevodnost, konvekcija in obsevanje.
Ob vožnja, toplotna energija se prenaša z molekularnim mešanjem. Ob konvekcija energija se širi skozi gibanje segrete tekočine, saj se gostota spreminja s temperaturo.
že v toplotno obsevanje, prenos poteka prek elektromagnetnih valov.
Če želite izvedeti več, preberite tudi Toplota in temperatura
Formula
Notranjo energijo idealnega plina, ki ga tvori samo ena vrsta atoma, lahko izračunamo po naslednji formuli:
Biti,
U: notranja energija. Enota v mednarodnem sistemu je džul (J)
n: molsko število plina
R: idealna plinska konstanta
T: temperatura v kelvinih (K)
Primer
Kolikšna je notranja energija 2 molov popolnega plina, ki ima v določenem času temperaturo 27 ° C?
Razmislite o R = 8,31 J / mol. K.
Najprej moramo spremeniti temperaturo na kelvin, tako da bomo imeli:
T = 27 + 273 = 300 K
Nato ga preprosto nadomestite v formuli
Uporaba toplotne energije
Že od začetka uporabljamo toplotno energijo sonca. Poleg tega si je človek že od nekdaj prizadeval ustvariti naprave, ki lahko te vire pretvorijo in namnožijo v koristno energijo, predvsem pri proizvodnji elektrika in prevoz.
Preoblikovanje toplotne energije v električno energijo, ki se uporablja v velikem obsegu, se izvaja v termoelektričnih in termonuklearnih elektrarnah.
V teh napravah se nekaj goriva uporablja za ogrevanje vode v kotlu. Nastala para premika turbine, priključene na električni generator.
V termonuklearne rastline, ogrevanje vode poteka s toplotno energijo, ki se sprošča iz reakcije jedrske cepitve radioaktivnih elementov.
že termoelektrarne, za enak namen uporabite kurjenje obnovljivih in neobnovljivih surovin.
Prednosti in slabosti
Termoelektrarne imajo na splošno prednost, da jih je mogoče namestiti v bližini potrošnih centrov, kar z namestitvijo distribucijskih omrežij zmanjšuje stroške. Poleg tega pri delovanju niso odvisni od naravnih dejavnikov, kot je to pri rastlinah hidroelektrarne in veter.
So pa tudi drugi največji proizvajalec plina. Učinek tople grede. Njegova glavna učinka sta emisija plinov, ki onesnažujejo, ki zmanjšujejo kakovost zraka in segrevanje rečnih voda.
Rastline te vrste imajo razlike glede na vrsto uporabljenega goriva. V spodnji tabeli prikazujemo prednosti in slabosti trenutno uporabljenih glavnih goriv.
vrsta rastline |
Prednosti |
Slabosti |
|---|---|---|
Termoelektrični do Premog |
• Visoka produktivnost • Nizki stroški goriva in gradnje |
• Ta oddaja največ toplogrednih plinov • Plini, ki jih oddajajo, povzročajo kisel dež
• Onesnaženje povzroča težave z dihali |
Termoelektrični do zemeljski plin |
• Manj lokalnega onesnaževanja v primerjavi s premogom • Nizki stroški gradnje |
• Visoke emisije toplogrednih plinov • Zelo velike razlike v ceni goriva (povezane s ceno nafte) |
Termoelektrični do biomaso |
• Nizki stroški goriva in gradnje • Nizke emisije toplogrednih plinov |
• Možnost krčenja gozdov za gojenje rastlin, ki bodo povzročile biomaso. • spor zemljišč s proizvodnjo hrane |
Termonuklearni |
• Emisij toplogrednih plinov praktično ni • Visoka produktivnost |
• Visoki stroški • Proizvodnja radioaktivne smeti
• Posledice nesreč so zelo resne |
Glej tudi:
- Viri energije
- Vaje za vire energije (s predlogo).
