พลังงานความร้อน: ความหมายและแบบฝึกหัด

พลังงานความร้อน เป็นคำกว้างๆ ที่ใช้เพื่อแสดงปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่แตกต่างกัน เช่น กำลังภายใน หรือจำนวน ความร้อน แลกเปลี่ยนระหว่างระบบของ หลากหลายความแตกต่างอุณหภูมิ ในบทความนี้ เราจะพิจารณาพลังงานความร้อนเป็นคำพ้องสำหรับ พลังงานภายในซึ่งสามารถเข้าใจได้ว่าเป็นผลรวมของ พลังงานจลนศาสตร์ และ ศักยภาพ จาก อะตอม และโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นระบบเทอร์โมไดนามิกส์

ดูยัง:ก่อนดำเนินการต่อ โปรดดูบทสรุปที่น่าทึ่งเกี่ยวกับความร้อน

พลังงานความร้อน

พลังงานความร้อน เป็นผลจาก ผลรวม ให้ พลังงานจลนศาสตร์ และ ศักยภาพ ของอนุภาคที่เป็นส่วนประกอบทั้งหมดของร่างกาย พลังงานความร้อน มันขึ้นอยู่กับโดยตรง ให้ อุณหภูมิแน่นอน ของร่างกายวัดเป็นเคลวิน (K) และยังขึ้นอยู่กับปริมาณของ องศาในเสรีภาพ ของระบบ กล่าวคือ จำนวนทิศทางที่โมเลกุลสามารถเคลื่อนที่ สั่น สั่น หรือแม้แต่หมุนได้

โรงไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานไฟฟ้า

โอ ทฤษฎีบทให้อุปกรณ์ ของพลังงานระบุว่า: ในแต่ละระดับความเป็นอิสระของระบบ พลังงานภายในสามารถคำนวณได้จากผลคูณของจำนวนเต็มของนิพจน์ ½ k_บีT โดยที่ Kb คือ ค่าคงที่ในBoltzmann และ T คือ อุณหภูมิ วัดเป็นเคลวิน สูตรที่ใช้ในการคำนวณพลังงานความร้อนของก๊าซโมโนอะตอมในอุดมคติแสดงไว้ด้านล่าง โปรดตรวจสอบ:

K_บี – ค่าคงที่ Boltzmann (K_บี = 1,38.10^-23 ตรม.กก./วินาที² เค)

เนื่องจากพลังงานความร้อนของก๊าซในอุดมคติแสดงโดยสูตรข้างต้นและแสดงถึง พลังงานจลนศาสตร์เฉลี่ย ของระบบเราสามารถเขียนความเท่าเทียมกันต่อไปนี้:

การกระจายความเร็วของอนุภาคของก๊าซอะตอมเดียวในอุดมคติ

ดูยัง:สรุปแล้วน้ำเป็นสีอะไรครับ?

โดยใช้สูตรข้างต้นก็เป็นไปได้ ประมาณการความเร็วในการแปลเฉลี่ย ของอะตอมที่มีอยู่ใน ก๊าซในบรรยากาศ. โดยคำนึงถึงอุณหภูมิ 25 °C และอะตอมของ ออกซิเจน (M = 16 g/mol) เราพบความเร็วเฉลี่ย 680 m/s หรือ 1525 km/h ซึ่งเป็นความเร็วที่อนุภาคก๊าซในบรรยากาศกระทบเราตลอดเวลา

ในกรณีของก๊าซไดอะตอมมิก แฟกเตอร์ ½k จะถูกเติมลงในนิพจน์ที่ใช้สำหรับแก๊สอะตอมเดี่ยว_บีT เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของระดับความเป็นอิสระหนึ่งระดับทำให้เกิดนิพจน์ต่อไปนี้:

ให้เป็นไปตาม กฎข้อที่หนึ่งของ อุณหพลศาสตร์, แ พลังงานความร้อน ของระบบสามารถแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้ เช่น ความร้อน และ งาน. ความร้อน เช่น หมายถึง โอนในพลังงานความร้อน,เฉพาะเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ ระหว่างระบบกับสภาพแวดล้อม ในทางกลับกัน การทำงานเกี่ยวข้องกับการใช้กำลังกับระบบหรือโดยระบบ

ในแง่นี้ งานนี้สามารถใช้ในการเคลื่อนย้ายลูกสูบ เช่นเดียวกับในตู้รถไฟที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำและใน เครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งให้กำลังแก่ยานยนต์ในปัจจุบันแทบทั้งหมด ด้านล่างนี้ เรานำกฎข้อที่หนึ่งของเทอร์โมไดนามิกส์มาพิจารณา:

ตามกฎข้อที่ 1 ของอุณหพลศาสตร์ การแปรผันของพลังงานภายในคือความแตกต่างระหว่างงานและความร้อน

มีวิธีอื่นในการคำนวณโมดูลัสพลังงานความร้อนของร่างกายในกรณีของ ก๊าซอุดมคติซึ่งพลังงานศักย์ระหว่างอนุภาคถือเป็นโมฆะ ด้วยเหตุนี้เราจึงแสดงพลังงานภายในเป็นจำนวน ไฝ (n) และจาก ค่าคงที่สากลของก๊าซสมบูรณ์ (R) ตรวจสอบ:

n - จำนวนโมล (โมล)

R – ค่าคงที่สากลของก๊าซสมบูรณ์ (R = 0.082 atm. ลิตร/โมล K หรือ 8.31 จูล/โมล เค)

ยังอยู่ในขอบเขตของก๊าซสมบูรณ์ ซึ่งรวมเอา สมการ clapeyron (PV = nRT) โดยเปิดเผยคำจำกัดความของพลังงาน เป็นไปได้ที่จะได้รับนิพจน์ใหม่ หมายเหตุ:

พี – แรงดัน (Pa)

วี – ปริมาณ (m³)

ดูด้วย:อากาศร้อนขึ้นอากาศเย็นลง แต่ทำไม?

ข้อดีและข้อเสียของพลังงานความร้อน

ทุกวันเราใช้ .จำนวนมาก แหล่งที่มาในพลังงานความร้อน เพื่อผลิตพลังงาน โอ ร่างกายมนุษย์เช่น กินมาก สารอาหาร เพื่อสร้างพลังงานความร้อนที่จำเป็นสำหรับการทำงานของกระบวนการที่สำคัญของเรา ส่วนมากของ ไฟฟ้า ผลิตในโลก ขึ้นอยู่กับความสามารถของเราในการเปลี่ยนพลังงานความร้อนให้เป็นไฟฟ้า

ตรวจสอบวิธีการใช้พลังงานความร้อนเพื่อผลิตไฟฟ้าและข้อดีและข้อเสียหลัก:

ชนิดพืช	ประโยชน์	ข้อเสีย
โรงงานเทอร์โมนิวเคลียร์	ปล่อยก๊าซมลพิษต่ำและมีประสิทธิภาพสูง	การผลิตกากกัมมันตภาพรังสีและการได้รับรังสี
โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากถ่านหิน	การผลิตพลังงานขนาดใหญ่และต้นทุนต่ำ	การปล่อยมลพิษและก๊าซเรือนกระจก
โรงไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกที่ใช้ก๊าซธรรมชาติ	มลพิษน้อยกว่าการเผาไหม้ถ่านหิน	ค่าใช้จ่ายแตกต่างกันมาก เนื่องจากก๊าซธรรมชาติเป็นอนุพันธ์ของปิโตรเลียม
โรงไฟฟ้าพลังความร้อนจากชีวมวล	ต้นทุนการติดตั้งต่ำและการปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่ำ	การตัดไม้ทำลายป่าและการปลูกพืชเชิงเดี่ยวขนาดใหญ่
พืชความร้อนใต้พิภพ	ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ	ค่าติดตั้งและบำรุงรักษาสูง

ดูด้วย: เรียนรู้ไฮโดรสแตติกทันทีและสำหรับทั้งหมด!

แบบฝึกหัดเกี่ยวกับพลังงานความร้อน

คำถามที่ 1) ก๊าซไดอะตอมมิกในอุดมคติสองโมลมาบรรจบกันที่อุณหภูมิ 127 °C พลังงานความร้อนของก๊าซนี้มีค่าประมาณ:

ข้อมูล: R = 8.31 J/โมล K

ก) 1.5.10⁶ เจ

ข) 1.7.10⁴ เจ

ค) 8.5.10³ เจ

ง) 5.3.10⁴ เจ

จ) 8.5.10⁴ เจ

คำติชม: ตัวอักษร B

ความละเอียด:

ลองคำนวณพลังงานของก๊าซโดยใช้นิพจน์ต่อไปนี้ เนื่องจากก๊าซเป็นไดอะตอมมิก ก่อนดำเนินการดังกล่าว จำเป็นต้องแปลงอุณหภูมิจากองศาเซลเซียสเป็นเคลวิน โปรดทราบว่า note การคำนวณ:

จากการคำนวณ ก๊าซไดอะตอมมิกนี้มีพลังงาน 16,620 J นั่นคือประมาณ 1,7.10⁴ เจหากแสดงเป็นสัญกรณ์วิทยาศาสตร์และใช้กฎการปัดเศษ

คำถามที่ 2) ก๊าซโมโนอะตอมในอุดมคติสามโมลได้รับความร้อนเท่ากับ 5.10² cal และทำงาน 2.10² มะนาวในระหว่างกระบวนการ กำหนดความแปรผันของอุณหภูมิที่ก๊าซนี้ประสบในหน่วยองศาเซลเซียส

ข้อมูล: R = 0.082 atm. ลิตร/โมล K

ก) 214°C

ข) 813°C

ค) 1620 °C

ง) 740 องศาเซลเซียส

จ) 370°C

คำติชม: ตัวอักษร B

ความละเอียด:

ในการแก้แบบฝึกหัดนี้ จำเป็นต้องรวมสูตรที่แตกต่างกันสองสูตรเข้าด้วยกัน คือ กฎข้อที่หนึ่งของ อุณหพลศาสตร์ซึ่งกำหนดรูปแบบพลังงานและสูตรของพลังงานความร้อนของก๊าซโมโนอะตอมในอุดมคติ ดู:

หลังจากที่เราแทนที่ข้อมูลในสูตรแล้ว เราจะพบการเปลี่ยนแปลง 813 °C ดังนั้นทางเลือกที่ถูกต้องคือตัวอักษร B

By Me. ราฟาเอล เฮเลอร์บร็อก

ที่มา: โรงเรียนบราซิล - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-termica.htm