Lämpöenergia, jota kutsutaan myöslämpöenergiatai yksinkertaisestilämpöä, on eräänlainensisäinenenergian, jonka esineellä sanotaan olevan sen sisältämien hiukkasten kineettisen energian ansiosta.
Itse energia, vaikka se on tarpeeksi helppo määritellä matemaattisilla termeillä, kuuluu fysiikan vaikeasti ymmärrettävien määrien joukkoon sen suhteen, mitä se pohjimmiltaanOn. Energiamuotoja on monia, ja energiaa on helpompi määritellä sen aritmeettisen käyttäytymisen rajojen perusteella kuin sen on muotoiltava tarkalla kielellä.
Toisin kuinkääntävätaipyöriväkineettinen energia, joka syntyy liikkeestä jonkin lineaarisen etäisyyden yli tai ympyrässä (ja nämä voivat esiintyä yhdessä, kuten heitetyn Frisbee), lämpöenergia tulee valtavien määrien pienten hiukkasten liikkeestä, liikkeen, joka voidaan ajatella värinänä kiinteiden pisteiden ympärillä tilaa.
Keskimäärin kukin hiukkanen löytyy vaelluksen aikana tietystä paikasta laajennetussa järjestelmässä kiihkeästi siitä pisteestä, vaikka hiukkanen ei missään vaiheessa ole tilastollisesti todennäköinen löytyy täältä. Tämä on pikemminkin kuin maapallon keskimääräinen sijainti ajan mittaan olevan lähellä auringon keskustaa, vaikka tätä järjestelyä (onneksi!) Ei koskaan tapahdu.
Aina kun kaksi materiaalia joutuu kosketuksiin, mukaan lukien ilma,kitkatulokset, ja osa järjestelmän kokonaisenergiasta - jonka, kuten näette, on aina pysyttävä vakiona - muuttuu lämpöenergiaksi.
Kohde ja sen ympäristö kokevat lisääntymisenlämpötila, kumpi onlämpöenergian ja lämmönsiirron kvantifioitava ilmentymä, mitattuna celsiusasteina (° C), Fahrenheit (° F) tai Kelvin (K). Kun esineet menettävät lämmön, ne putoavat alempaan lämpötilaan.
Mitä energia on?
Energiaa tulee eri muodoissa ja eri yksiköinä, yleisimpiä ovatjoule (J), nimetty James Prescott Joulelle. Joulessa itsessään on voimayksiköt kertaa etäisyys tai newtonmetrit (N⋅m). Pohjimmiltaan energian yksiköt ovat kg⋅m2/ s2.
Yksi energiaan läheisesti sidottu käsite ontyö, jossa on yksiköitä/energiaa, mutta sitä ei pidetäkutenfyysikkojen energiaa. Työn voidaan sanoa olevan "tehty" ajärjestelmäänlisäämällä siihen energiaa, mikä johtaa fyysiseen muutokseen järjestelmässä (esim. se liikuttaa mäntää tai pyörittää magneettikäämiä - eli tekee hyödyllistä työtä). Järjestelmä on mikä tahansa fyysinen kokoonpano, jolla on selvästi määritellyt rajat, joka voi olla jopa koko maa.
Lämpöenergian (yleensä kirjoitettu Q) ja kineettisen energian ("normaali" lineaarinen tai pyörivä lajike) lisäksi muun tyyppisiä energiaa ovatMahdollinen energia, mekaaninen energiajasähköenergiaa. Energian kriittinen puoli on, että riippumatta siitä, miten se esiintyy missä tahansa järjestelmässä, se on ainasäilynyt.
Lämpöenergia: vähiten hyödyllinen energiamuoto
Kun lämpöenergiaa siirretään ympäristöön (ts. Se "haihtuu" tai "menetetään"), tietenkään mitään energiaa ei tosiasiallisesti tuhota millään tavalla, koska se loukkaa energian suojelua energiaa.
Tätä lämpöä ei kuitenkaan voida ottaa takaisin talteen ja käyttää uudelleen, minkä vuoksi sitä kutsutaan vähemmän hyödylliseksi energiamuodoksi. Aina kun ohitat rakennuksen tai maanpäällisen tuuletusaukon talvella ja loputon höyry- tai lämpimän ilman pilvi virtaa ulos, se on selkeä esimerkki lämpöenergiasta, joka on "hyödytöntä" energiaa. Toisaalta alämpömoottorikuten bensiinikäyttöisissä autoissa käytetään lämpöenergiaa mekaaniseen energiaan.
Lämpöenergia ja lämpötila
Esineen tai järjestelmän lämpötila mittaa lämpötilaakeskivertotranslaation kineettinen energia kyseisen objektin molekyyliä kohti, kun taas lämpöenergia on järjestelmän sisäinen kokonaisenergia. Kun hiukkaset liikkuvat, on aina kineettistä energiaa. Lämmön siirtäminen ylöspäin lämpötilagradienttia vastaan vaatii työtä, kuten lämpöpumppujen käyttöä.
Lämpö ja arki
Lämpöenergia voi esiintyä täällä väärennösmääränä, mutta sitä voidaan käyttää ja sitä käytetään erinomaisesti ruoanlaittoon ja muihin alueisiin. Kun sulatat ruokaa, muunnat hiilihydraattien, proteiinien ja rasvan sidoksista saadun kemiallisen energian lämmöksi ("kalorit" jouleiden sijasta yleisin termein).
Kitkatuottaa lämpöä, usein kiireessä. Jos hiero kätesi nopeasti yhteen, ne lämpenevät nopeasti. Automaattinen ase ampuu luoteja ulos tynnyristä niin nopeasti, että metalli kuumenee vaarallisen kuumaksi melkein välittömästi.
Lämpöenergia ja energiansäästö: Esimerkki
Harkitse marmoria, joka liikkuu kulhon sisällä. "Järjestelmä" sisältää myös ympäristön (ts. Koko maan). Kun se liikkuu ylöspäin, enemmän sen kokonaisenergiasta muuttuu gravitaatiopotentiaaliksi; kun se nopeutuu lähellä pohjaa, enemmän energiasta muuttuu kineettiseksi energiaksi. Jos tämä olisi koko tarina, marmori jatkaisi ylös ja alas ikuisesti saavuttaen samat korkeudet ja nopeudet jokaisen jakson aikana.
Sen sijaan joka kerta, kun marmori nousee ylöspäin, se nousee hieman vähemmän korkealle, ja sen nopeus alareunassa on hieman pienempi, kunnes lopulta marmori lepää alareunassa. Tämä johtuu siitä, että koko marmorin vierimisen ajan koko energian "piirakasta" muunnettiin suurempaan ja suurempaan lämpöenergian "viipaleeseen" ja hajaantuu ympäristöön, jota ei enää voida käyttää marmori. Pohjassa koko järjestelmän energiasta on "tullut" lämpöenergiaa.
Lämpöenergiayhtälö: Lämpökapasiteetti
Yksi yhtälöistä, joita saatat kohdata, on yksilämpökapasiteetti:
Q = mC \ Delta T
missäQon lämpöenergia jouleina,mon lämmitettävän esineen massa,Con kohteenominaislämpö kapasiteettijadelta Ton sen lämpötilan muutos celsiusasteina. Aineen ominaislämpökapasiteetti onenergiamäärä, joka tarvitaan yhden gramman aineen lämpötilan nostamiseen 1 celsiusasteella.
Suuremmat lämpökapasiteetit tarkoittavat siten suurempaa vastustuskykyä lämpötilan muutokselle tietyllä aineen massalla, ja suurempi massa itsessään tarkoittaa suurempaa lämpökapasiteettia. Tämä on intuitiivista; jos altistat 10 ml vettä "korkealle" mikroaaltouunissa yhden minuutin ajaksi, lämpötilan muutos on kaukana suurempi kuin jos kuumennat 1 000 ml vettä aloittaen samasta lämpötilasta saman ajan.
Termodynamiikan lait
Termodynamiikka on tutkimus siitä, miten työ, lämpö ja sisäinen energia ovat vuorovaikutuksessa järjestelmässä. Tärkeää on, että se koskee vain mittavia havaintoja, jotka voidaan mitata; kaasujen kineettinen teoria käsittelee tärinätason vuorovaikutusta.
Ensimmäinen termodynamiikan lakitoteaa, että sisäisen energian muutokset voidaan selittää lämpöhäviöillä: ΔE = Q - W, missäΔEon muutos sisäisessä energiassa (Δ on kreikkalainen kirjain "delta" ja tarkoittaa "eroa" tässä),Qon siirretty lämpöenergian määräosaksijärjestelmä jaWon tehty työmennessäympäristöstä.
Termodynamiikan toinen lakitodetaan, että aina kun työtä tehdään,hajeilmakehässä lisääntyy. Siksi lämpöenergian virtaus aiheuttaa jatkuvasti entropian lisääntymistä.
- Haje (S) on tilamuuttuja, järjestelmän termodynaaminen ominaisuus, joka tarkoittaa löyhästi "häiriötä", ja sen liike voidaan ilmaista
\ Delta S = \ frac {\ Delta Q} {T}
Termodynamiikan kolmas lakitodetaan, että entropiaSjärjestelmän lämpötila lähestyy vakioarvoa lämpötilan kasvaessaTlähestyyabsoluuttinen nolla(0 K tai -273 C).
Kun yksi esine on korkeammassa lämpötilassa kuin lähellä oleva esine, tämä lämpötilaero suosii lämmön muodossa tapahtuvaa energiansiirtoa viileämpään esineeseen.
Lämmönsiirto objektista toiseen on kolme perustapaa:Johtuminen(suora kontakti),konvektio(liike nesteen tai kaasun läpi) ja lämpösäteily(liikkuminen avaruudessa).