Termal enerji: tanım ve alıştırmalar

Enerjitermal gibi farklı termodinamik miktarları ifade etmek için kullanılan geniş bir terimdir. içsel enerji veya bir miktar sıcaklık sistemleri arasında değiş tokuş çok farklısıcaklıklar. Bu yazıda, termal enerjiyi eşanlamlı olarak ele alacağız. enerjiiçtoplamı olarak anlaşılabilir. enerjilerkinetik ve potansiyel itibaren atomlar ve termodinamik bir sistemi oluşturan moleküller.

BakAyrıca:Devam etmeden önce, termoloji üzerine harika bir özete göz atın.

Termal enerji

Enerjitermal sonucudur toplam verir enerjikinetik ve potansiyel bir cismi oluşturan tüm parçacıkların Termal enerji Duruma göre değişirdirekt olarak verir sıcaklıkmutlak vücudun kelvin (K) cinsinden ölçülür ve ayrıca miktarına da bağlıdır. dereceiçindeözgürlük yani, moleküllerin hareket edebileceği, titreşebileceği, salınabileceği ve hatta dönebileceği yönlerin sayısı.

Termoelektrik santraller, termal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.

Ö teoremverireşbölme enerjinin ifadesi şunları belirtir: bir sistemin her serbestlik derecesinde, iç enerjisi ½ k ifadesinin bir tamsayı katından hesaplanabilir.

_BT, burada Kb sabitiçindeBoltzmann ve T sıcaklık kelvin cinsinden ölçülür. İdeal bir monoatomik gazın termal enerjisini hesaplamak için kullanılan formül aşağıda gösterilmiştir, kontrol edin:

K_B – Boltzmann sabiti (K_B = 1,38.10^-23 m².kg/s². K)

İdeal gazların termal enerjisi yukarıdaki formülle ifade edildiğinden ve enerjikinetikortalama sistemin eşitliğini yazabiliriz:

İdeal bir monoatomik gazın parçacıklarının hız dağılımı.

BakAyrıca:Sonuçta, su ne renk?

Yukarıdaki formülü kullanarak, mümkün tahminortalama öteleme hızı içinde bulunan atomların atmosferik gaz. 25 °C'lik bir sıcaklığı dikkate alarak ve atomları alarak oksijen (M = 16 g/mol), ortalama 680 m/s veya 1525 km/sa hız bulduk - bu, atmosferik gaz parçacıklarının her zaman bize çarptığı hızdır.

Şimdi durma... Reklamdan sonra devamı var ;)

İki atomlu bir gaz durumunda, tek atomlu gazlar için kullanılan ifadeye ½k faktörü eklenir._BT, bir serbestlik derecesinin artması nedeniyle aşağıdaki ifadeyle sonuçlanır:

Göre birinci kanunu termodinamik, bir enerjitermal gibi diğer enerji biçimlerine dönüştürülebilir. sıcaklık ve iş. Isı, örneğin, Aktariçindeenerjitermal,sadece sıcaklık farkı nedeniyle bir sistem ve çevresi arasında; iş, sırayla, sistem veya sistem tarafından kuvvetlerin uygulanmasıyla ilgilidir.

Bu anlamda iş, buharla çalışan lokomotiflerde olduğu gibi bir pistonu hareket ettirmek için kullanılabilir. içten yanmalı motorlar, hemen hemen tüm mevcut motorlu araçlara güç sağlayan. Aşağıda, termodinamiğin birinci yasasını getiriyoruz, not edin:

Termodinamiğin 1. yasasına göre, iç enerjinin değişimi, iş ile ısı arasındaki farktır.

Bir cismin termal enerji modülünü hesaplamanın başka yolları da vardır. gazlarideallerparçacıklar arasındaki potansiyel enerjinin sıfır olduğu kabul edilir, bunun için iç enerjiyi sayısı cinsinden ifade ederiz. benler (n) ve ayrıca mükemmel gazların evrensel sabiti (R), kontrol edin:

n - mol sayısı (mol)

$ – mükemmel gazların evrensel sabiti (R = 0.082 atm. L/mol. K veya 8.31 J/mol. K)

Hala mükemmel gazlar kapsamında, clapeyron denklemi (PV = nRT), açığa çıkan enerji tanımı ile yeni bir ifade elde etmek mümkündür, not edin:

P – basınç (Pa)

V – hacim (m³)

Ayrıca bakınız:Sıcak hava yükselir ve soğuk hava düşer, ama neden?

Termal Enerjinin Avantajları ve Dezavantajları

Her gün, çok sayıda kaynaklariçindeenerjitermal enerji üretmek için. Ö İnsan vücuduörneğin, çok tüketir besinler hayati süreçlerimizin işleyişi için gerekli termal enerjiyi üretmek. çoğu elektrik dünyada üretilen termal enerjiyi elektriğe dönüştürme yeteneğimize bağlıdır.

Elektrik üretmek için termal enerjiyi kullanan araçları ve ana avantajlarını ve dezavantajlarını inceleyin:

bitki türü	Faydaları	Dezavantajları
termonükleer bitki	Düşük kirletici gaz emisyonu ve yüksek verim	Radyoaktif atık üretimi ve radyasyona maruz kalma
Kömürle çalışan termoelektrik santral	Büyük enerji üretimi ve düşük maliyet	Kirletici ve sera gazlarının emisyonu
Doğal gazla çalışan termoelektrik santral	Kömür yakmaya göre daha az kirlilik	Doğal gaz bir petrol türevi olduğu için maliyeti çok değişkendir.
Biyokütle ile çalışan termoelektrik santral	Düşük kurulum maliyeti ve düşük sera gazı emisyonları	Ormansızlaşma ve büyük monokültür plantasyonları
jeotermal tesis	kirletmez	Yüksek kurulum ve bakım maliyeti

Ayrıca bakınız: Bir kez ve herkes için hidrostatik öğrenin!

Termal enerji ile ilgili alıştırmalar

Soru 1) İki mol ideal bir iki atomlu gaz 127 °C sıcaklıkta buluşur. Bu gazın termal enerjisi yaklaşık olarak:

Veri: 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

geri bildirim: B 'harfi

çözüm:

Gaz iki atomlu olduğundan, aşağıdaki ifadeyi kullanarak gazın enerjisini hesaplayalım. bunu yapmadan önce, sıcaklığı santigrat dereceden kelvin'e çevirmek gerekir, şuna dikkat edin: hesaplama:

Hesaplamalara göre, bu iki atomlu gazın enerjisi 16.620 J, yani yaklaşık olarak 1,7.10⁴ J, bilimsel gösterimde ve yuvarlama kuralları kullanılarak ifade edilirse.

Soru 2) Üç mol ideal tek atomlu gaz, 5.10'a eşit miktarda ısı alır.² cal ve 2.10 bir iş gerçekleştirir² işlem sırasında kireç. Bu gazın maruz kaldığı sıcaklık değişimini santigrat derece cinsinden belirleyin.

Veri: R = 0.082 atm. L/mol. K

a) 214°C

b) 813°C

c) 1620 °C

d) 740°C

e) 370°C

geri bildirim: B 'harfi

Çözüm:

Bu alıştırmayı çözmek için, iki farklı formülü birleştirmemiz gerekiyor, birinci yasa. enerji değişimini belirleyen termodinamik ve ideal tek atomlu gazın termal enerjisinin formülü, izlemek:

Formüllerdeki verileri değiştirdikten sonra, 813 °C'lik bir varyasyon buluyoruz, bu nedenle doğru alternatif B harfidir.

Benden. Rafael Helerbrock