W poprzednich artykułach widzieliśmy, co Energia kinetyczna i energia mechaniczna. W tych artykułach wspomnieliśmy o energii cieplnej jako o części energii, która wpływa na dane ciało i posiada w jego posiadaniu. Energia cieplna Jest to energia, którą posiadają wszystkie cząsteczki tworzące ciało. Gdy temperatura oscyluje, aktywność cząstek wzrasta. Ta energia wewnętrzna wzrasta wraz ze wzrostem temperatury i maleje wraz ze wzrostem temperatury.
Teraz zamierzamy dogłębnie przeanalizować ten rodzaj energii, aby jeszcze bardziej uzupełnić naszą wiedzę na temat różnych rodzajów energii, które istnieją. Chcesz wiedzieć więcej na ten temat? Czytaj dalej.
Charakterystyka energii cieplnej
Energia cieplna to energia przekazywana pomiędzy układami o różnych temperaturach. Przejawia się jako ciepło, które odczuwamy, gdy na przykład dotykamy powierzchni, która jest cieplejsza od drugiej. Ten transfer energii zawsze przebiega z ciała cieplejszego do zimniejszego. W procesie tym energia cieplna jest rozprowadzana do momentu osiągnięcia przez oba ciała równowagi termicznej, to znaczy, gdy oba ciała mają tę samą temperaturę.
Ważną cechą energii cieplnej jest to, że zależy ona od liczby cząstek substancji i prędkości, z jaką się poruszają. Im szybciej poruszają się cząstki, tym większa jest energia cieplna.
Energia ta jest również związana ze zmianami stanu materii. Na przykład, zwiększając energię cieplną ciała stałego, może ono osiągnąć punkt, w którym staje się cieczą, a jeśli nadal zyskuje energię, ciecz zamienia się w gaz.
Przykłady energii cieplnej
Oto kilka przykładów pozyskiwania energii cieplnej:
- Natura i słońce. Słońce jest największym znanym nam źródłem energii cieplnej. Ciała wystawione na działanie promieni słonecznych, takie jak kamień czy woda, pochłaniają tę energię, a ich temperatura wzrasta.
- Herwir agua. Kiedy podgrzejemy wodę, jej cząsteczki zaczynają poruszać się szybciej, aż osiągną punkt wrzenia. W tym momencie woda zmienia stan skupienia, przechodząc z cieczy w stan gazowy.
- Kominy. Kominki spalają drewno i inne paliwa w celu wytworzenia ciepła, co zwiększa energię cieplną otoczenia.
- reakcje egzotermiczne. Podobnie jak spalanie paliwa lub benzyny w silniku samochodu, reakcje te uwalniają ciepło.
- Tarcie. Kiedy dwie powierzchnie ocierają się o siebie, tarcie generuje energię cieplną. Przykładem może być sytuacja, gdy nasze ręce stają się ciepłe, gdy pocierają je o siebie.
Jak wytwarzana jest energia cieplna?
Energia cieplna jest wytwarzana w wyniku ruchu cząstek w ciałach. Cząstki te, zwane atomami lub cząsteczkami, są w ciągłym ruchu i im szybciej się poruszają, tym większą ilość energii cieplnej posiadają.
Ważną koncepcją w produkcji energii cieplnej jest to nie jest ani tworzone, ani niszczone, po prostu się przekształca. Energię cieplną możemy wytwarzać poprzez różne procesy, takie jak spalanie paliw kopalnych, energię jądrową, reakcje chemiczne lub po prostu poprzez kontakt ciał o różnych temperaturach.
Jak wykorzystywana jest energia cieplna?
Energia cieplna ma dziś wiele ważnych zastosowań. Możemy ją przekształcić w inne formy energii, np. energię elektryczną, lub wykorzystać bezpośrednio do wytworzenia ciepła. Oto kilka przykładów jego użycia:
- w ogrzewaniu. Jest wytwarzany przy użyciu kotłów lub generatorów, które spalają część paliwa w celu podgrzania wody, która transportuje ciepło do różnych obszarów domu lub budynku.
- W silnikach spalinowych. Tak jest w przypadku silników samochodowych, gdzie podczas spalania paliwa powstaje energia cieplna, która zamieniana jest na energię mechaniczną niezbędną do poruszania pojazdu.
- W elektrowniach. W elektrowniach cieplnych energia cieplna powstająca w wyniku spalania paliwa wykorzystywana jest do podgrzewania wody, a powstająca para napędza turbiny wytwarzające energię elektryczną.
Pomiar energii cieplnej
Energię cieplną mierzy się w Dżule (J) zgodnie z Międzynarodowym Układem Jednostek Miar, chociaż można go również wyrazić w kaloriach. Kaloria to ilość energii potrzebna do podniesienia temperatury 1 grama wody o 1 stopień Celsjusza. Dlatego, jedna kaloria równa się 4,184 dżuli.
Oprócz dżuli lub kalorii w niektórych kontekstach używane są również inne jednostki, np Brytyjska jednostka cieplna (BTU), co odpowiada około 1.055 dżuli i jest stosowane w systemach grzewczych lub chłodzących.
Przykłady energii cieplnej w życiu codziennym
Energia cieplna jest obecna w wielu powszechnych zjawiskach i urządzeniach. Oto kilka przykładów:
- U ludzi i zwierząt stałocieplnych. Utrzymujemy stałą temperaturę ciała, co oznacza ciągły wydatek energii cieplnej, którą wytwarzamy podczas rozkładania pożywienia.
- Na metalach wystawionych na działanie słońca. W upalny dzień metal samochodu lub innej metalowej powierzchni nagrzewa się, pochłaniając energię cieplną słońca.
- W sprzęcie AGD. Piece, grzejniki i grzejniki wykorzystują do działania energię cieplną.
- Przy spalaniu drewna lub węgla. Kiedy rozpalamy ognisko lub grilla, wytworzona energia cieplna ogrzewa otoczenie i gotuje jedzenie.
Częste mylenie z terminami takimi jak ciepło i temperatura
Często myli się energię cieplną z energią cieplną lub ciepłem. Chociaż te terminy są ze sobą powiązane, nie oznaczają dokładnie tego samego:
- Energia cieplna Jest to całkowita energia zawarta w układzie w wyniku ruchu jego cząstek.
- Ciepło Polega na przeniesieniu energii cieplnej z ciała o temperaturze wyższej do ciała o temperaturze niższej.
- Temperatura Jest miarą średniej energii cieplnej cząstek ciała.
Należy zauważyć, że chociaż ciepło i energia cieplna są ze sobą powiązane, ciepło nie jest wewnętrzną właściwością ciała, ale raczej procesem przenoszenia, podczas gdy energia cieplna jest właściwością materii.
Inne energie związane z energią cieplną
Energia cieplna jest powiązana z innymi formami energii, co pozwala na jej przekształcenie w różnorodne zastosowania. Tutaj szczegółowo opisujemy niektóre z tych relacji:
Słoneczna energia cieplna
Energia słoneczna to rodzaj energii odnawialnej, która przekształca energię słoneczną w ciepło. Ten rodzaj energii jest powszechnie stosowany podgrzej wodę w domach lub do wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach słonecznych.
Energia geotermalna
Ta forma energii pochodzi z ciepła zmagazynowanego wewnątrz Ziemi. Energia geotermalna wykorzystuje to naturalne ciepło do produkcji energii elektrycznej lub ogrzewania w czystszy i bardziej zrównoważony sposób.
Energia elektryczna
Energię cieplną można przekształcić w energię elektryczną w elektrowniach cieplnych, gdzie ciepło jest wykorzystywane do wytwarzania pary i napędzania turbin wytwarzających energię elektryczną, co jest procesem powszechnym w elektrowniach wykorzystujących paliwa kopalne lub elektrowniach jądrowych.
Badanie energii cieplnej jest niezbędne do zrozumienia, w jaki sposób energia jest wytwarzana i wykorzystywana w naszym codziennym życiu. Od ciepła słonecznego po energię, której używamy do gotowania, energia cieplna ma znaczący wpływ na nasze środowisko i sposób, w jaki żyjemy.