Hőenergia, más névenhőenergiavagy egyszerűenhő, egyfajtabelsőenergiáról azt mondják, hogy egy tárgy az alkotó részecskék mozgási energiája miatt rendelkezik.
Maga az energia, bár matematikai szempontból elég könnyen meghatározható, a fizika megfoghatatlanabb mennyiségei közé tartozik abban a tekintetben, amit alapvetőenvan. Az energia sokféle formában létezik, és könnyebb meghatározni az energiát számtani viselkedésének korlátai alapján, mint pontos nyelven megfogalmazni.
nem úgy mintfordításivagyforgókinetikus energia, amely valamilyen lineáris távolságon vagy egy körön belüli mozgásból származik (és ezek együttesen fordulhatnak elő, mint egy dobás esetén) Frizbi), a hőenergia rengeteg apró részecske mozgásából származik, amely mozgás rögzített pontok körüli rezgésnek tekinthető tér.
Átlagosan minden részecske a kiterjesztett rendszeren belül egy adott helyen található, miközben vándorol eszeveszetten erről a pontról, még akkor is, ha a részecske egyetlen pillanatban sem statisztikailag valószínű ott talált. Ez inkább olyan, mintha a Föld átlagos helyzete az idő múlásával közel lenne a nap közepéhez, bár ez az elrendezés (szerencsére!) Soha nem fordul elő.
Bármikor két anyag érintkezik, beleértve a levegőt,súrlódáseredmények, és a rendszer teljes energiájának egy része - amelynek, amint látni fogja, mindig állandónak kell maradnia - hőenergiává alakul.
A tárgy és környezete megnövekszikhőfok, ami aa hőenergia és a hőátadás számszerűsíthető megnyilvánulása, Celsius-fok (° C), Fahrenheit (° F) vagy Kelvin (K) fokokban mérve. Amikor a tárgyak elveszítik a hőt, alacsonyabb hőmérsékletre esnek.
Mi az energia?
Az energia különféle formákban, valamint különféle egységekben jön létre, a leggyakoribb azjoule (J), James Prescott Joule nevéhez fűződik. Maga a joule erőegységekkel, távolságokkal vagy newtonméterekkel (N⋅m) rendelkezik. Alapvetően az energiaegységek kg⋅m2/ s2.
Az egyik, az energiához szorosan kapcsolódó koncepciómunka, amelynek egységei vannaknak,-nekenergia, de nem veszik figyelembemintenergiát a fizikusok. Azt mondhatjuk, hogy a munkát "elvégezték" arendszerenergia hozzáadásával, amely fizikai változást eredményez a rendszerben (például mozgat egy dugattyút vagy elforgat egy mágneses tekercset - vagyis hasznos munkát végez). A rendszer bármely fizikai felépítés, egyértelműen meghatározott határokkal, amely akár a Föld egésze is lehet.
A hőenergia (általában Q érték) és a kinetikus energia (a "normális" lineáris vagy rotációs fajta) mellett más energiafajták ishelyzeti energia, mechanikus energiaéselektromos energia. Az energia kritikus szempontja, hogy bármilyen módon is jelenik meg bármely rendszerben, mindig azkonzervált.
Hőenergia: A legkevésbé hasznos energia
Ha a hőenergia átkerül a környezetbe (azaz "eloszlik" vagy "elveszik"), a természetesen semmilyen módon nem pusztul el energia, mivel ez sértené a energia.
Ezt a hőt azonban nem lehet teljesen visszanyerni és újrafelhasználni, ezért hívják kevésbé hasznos energiaformának. Amikor télen elhalad egy épület vagy földi szellőző mellett, és végtelen gőz- vagy meleg levegőfelhő áramlik ki, ez a "használhatatlan" hőenergia egyértelmű példája. Másrészt ahőerőgépmint a benzinüzemű autókban, a hőenergiát használja a mechanikai energiához.
Hőenergia és hőmérséklet
Egy tárgy vagy rendszer hőmérséklete aátlagosaz objektum molekulájára jutó transzlációs kinetikus energia, míg a hőenergia a rendszer teljes belső energiája. Amikor a részecskék mozognak, mindig van mozgási energia. A hő felfelé mozgatása a hőmérsékleti gradienssel szemben munkát igényel, például hőszivattyúk használatát.
Hőség és a mindennapi világ
Lehet, hogy a hőenergia csalárd mennyiségként jelenik meg itt, de kiválóan felhasználható és felhasználható a főzésben és más területeken. Ha megemészti az ételt, a szénhidrátok, a fehérjék és a zsír kötéseiből származó kémiai energiát hővé alakítja ("kalóriák" a joule helyett általános kifejezésekben).
Súrlódáshőt generál, gyakran sietve. Ha gyorsan dörzsöli össze a kezét, akkor gyorsan felmelegszik. Egy automata fegyver olyan gyorsan lő ki a golyókat a hordóból, hogy a fém szinte azonnal veszélyes módon felforrósodik.
Hőenergia és energiatakarékosság: példa
Vegyünk egy márványt, ami egy tál belsejében körbefut. A "rendszer" magában foglalja a környezetet is (vagyis a Föld egészét). Amint felfelé halad, teljes energiájának nagyobb része gravitációs potenciális energiává alakul; ahogy a fenék közelében felgyorsul, ennek az energiának többje átalakul kinetikus energiává. Ha ez lenne az egész történet, a márvány örökké felfelé és lefelé haladna, és minden ciklusnál ugyanazokat a magasságokat és sebességeket érné el.
Ehelyett, valahányszor a márvány feljön az oldalára, kicsit kevésbé magasra mászik, és sebessége alul kissé kisebb, míg végül a márvány alul nyugszik. Ennek az az oka, hogy egész idő alatt, amikor a márvány gördült, a teljes energiájú "pite" egyre nagyobb része alakult át a hőenergia egyre nagyobb és nagyobb "szeletére" és a környezetbe eloszlatva, már nem használhatók a üveggolyó. Alul a rendszer összes energiája "hőenergiává" vált.
Hőenergia egyenlet: Hőkapacitás
Az egyik egyenlet, amellyel találkozhat, azhőkapacitás:
Q = mC \ Delta T
holQhőenergia joule-ban,ma fűtött tárgy tömege,Caz objektuméfajlagos hő kapacitásésdelta Ta hőmérsékletváltozása Celsius-fokban. Az anyag fajlagos hőkapacitása aaz az anyagmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy az anyag 1 grammjának hőmérsékletét 1 Celsius fokkal megemelje.
A nagyobb hőkapacitások tehát nagyobb ellenállást jelentenek a hőmérséklet változásával szemben egy adott anyag tömegére, és a nagyobb tömeg önmagában nagyobb hőkapacitást jelent. Ennek intuitív értelme van; Ha 10 ml vizet mikrohullámú sütőben "magasnak" tesz ki egy percig, a hőmérséklet-változás messze lesz nagyobb, mintha 1000 ml vizet melegítenénk ugyanazon a hőmérsékleten, ugyanolyan ideig.
A termodinamika törvényei
A termodinamika annak vizsgálata, hogy a munka, a hő és a belső energia hogyan hat egymással egy rendszerben. Fontos, hogy csak a mérhető nagyszabású megfigyelésekkel foglalkozik; a gázok kinetikai elmélete foglalkozik a rezgésszintű kölcsönhatásokkal.
A termodinamika első törvényemegállapítja, hogy a belső energia változásai hőveszteségekkel magyarázhatók: ΔE = Q - W, aholΔEa belső energia változása (Δ a görög "delta" betű és itt "különbséget" jelent),Qaz átadott hőenergia mennyisége-baa rendszer ésWaz elvégzett munkaáltala rendszer a környéken.
A termodinamika második törvényekimondja, hogy valahányszor munkát végeznek, aentrópiaa légkörben növekszik. Így a hőenergia áramlása folyamatosan növeli az entrópiát.
- Entrópia (S) egy állapotváltozó, a rendszer termodinamikai tulajdonsága, amely lazán "rendetlenséget" jelent, és mozgása a következőképpen fejezhető ki:
\ Delta S = \ frac {\ Delta Q} {T}
A termodinamika harmadik törvényekimondja, hogy az entrópiaSa rendszer hőmérsékletének állandó értékéhez közeledikTközeledikabszolút nulla(0 K vagy -273 C).
Ha egy tárgy magasabb hőmérsékleten van, mint egy közeli, ez a hőmérséklet-különbség elősegíti az energiaátvitelt hő formájában a hűvösebb tárgyhoz.
Három alapvető módja van a hő átadásának egyik tárgyról a másikra:Vezetés(közvetlen kapcsolat),konvekció(folyadék vagy gáz mozgása) és termikussugárzás(mozgás az űrben).