Siltuma enerģija, saukta arī parsiltuma enerģijavai vienkāršikarstums, ir veidsiekšējsenerģija, par kuru objektam piemīt daļiņu kinētiskās enerģijas dēļ.
Lai arī pati enerģija ir pietiekami viegli definējama matemātiskā izteiksmē, tā ir viena no fizikā netveramākajiem lielumiem, ņemot vērā to, ko tā pamatāir. Enerģijas ir daudz veidu, un enerģiju ir vieglāk definēt aritmētiskās uzvedības ierobežojumu ziņā, nekā to precīzi formulēt.
Atšķirībā notulkošanasvairotācijaskinētiskā enerģija, kas rodas no kustības attiecīgi kādā lineārā attālumā vai aplī (un tie var notikt kopā, tāpat kā ar izmestu Frisbijs), siltuma enerģija rodas no milzīga skaita mazu daļiņu kustības, kuras var uzskatīt par vibrāciju ap fiksētiem punktiem telpa.
Vidēji katra daļiņa, atrodoties klīstot, atrodas noteiktā vietā paplašinātajā sistēmā izmisīgi par šo punktu, pat ja nevienā laika posmā daļiņa nav statistiski ticama atrasts tur. Tas drīzāk ir tāds, ka Zemes vidējā atrašanās vieta laika gaitā ir tuvu saules centram, kaut arī šī kārtība (par laimi!) Nekad nenotiek.
Jebkurā laikā, kad saskaras divi materiāli, ieskaitot gaisu,berzerezultāti, un daļa no sistēmas kopējās enerģijas, kurai, kā redzēsit, vienmēr jāpaliek nemainīgai, tiek pārveidota par siltuma enerģiju.
Objekts un tā apkārtne piedzīvo pieaugumutemperatūra, kas irkvantitatīvi nosakāma siltumenerģijas un siltuma pārneses izpausme, mērot pēc Celsija grādiem (° C), pēc Fārenheita (° F) vai Kelvina (K) grādiem. Kad objekti zaudē siltumu, tie nokrītas zemākā temperatūrā.
Kas ir enerģija?
Enerģija nāk dažādos veidos, kā arī dažādās vienībās, no kurām visbiežāk irdžouls (J), nosaukts Džeimsam Preskotam Džoulam. Džoulam ir spēka vienības reizes attālums vai ņūtonmetri (N⋅m). Patiesībā enerģijas vienības ir kg⋅m2/ s2.
Viens jēdziens, kas cieši saistīts ar enerģiju, irdarbs, kurā ir vienībasgadaenerģija, bet netiek uzskatītakāfiziķu enerģija. Var teikt, ka darbs ir "izdarīts" asistēmāpievienojot tai enerģiju, kuras rezultātā sistēmā notiek fiziskas izmaiņas (piemēram, tā pārvieto virzuli vai rotē magnētisko spoli - tas ir, veic noderīgu darbu). Sistēma ir jebkura fiziska iekārta ar skaidri noteiktām robežām, kas var būt pat Zeme kopumā.
Papildus siltumenerģijai (parasti uzrakstītais Q) un kinētiskajai enerģijai ("parastā" lineārā vai rotācijas kārtība), citi enerģijas veidi ietverpotenciālā enerģija, mehāniskā enerģijaunelektriskā enerģija. Kritiskais enerģijas aspekts ir tas, ka neatkarīgi no tā, kā tas parādās jebkurā sistēmā, tas vienmēr irkonservēti.
Siltumenerģija: Visnoderīgākā enerģijas forma
Kad notiek siltumenerģijas pārnešana uz vidi (t.i., tā "izkliedē" vai "tiek zaudēta"), no protams, nekāda enerģija faktiski netiek iznīcināta, jo tas pārkāptu enerģija.
Tomēr šo siltumu nevar pilnībā uztvert un atkārtoti izmantot, tāpēc to sauc par mazāk noderīgu enerģijas veidu. Ikreiz, kad ziemā iet garām ēkai vai zemes ventilācijas atverei un iztek nebeidzams tvaika vai silta gaisa mākonis, tas ir uzskatāms piemērs siltumam, kas ir "bezjēdzīga" enerģija. No otras puses, asiltuma dzinējstāpat kā automašīnās ar benzīnu, mehāniskajai enerģijai tiek izmantota siltuma enerģija.
Siltuma enerģija un temperatūra
Objekta vai sistēmas temperatūra ir temperatūras mērītājsvidējitranslācijas kinētiskā enerģija uz šī objekta molekulu, savukārt siltuma enerģija ir kopējā sistēmas iekšējā enerģija. Kad daļiņas pārvietojas, vienmēr ir kinētiskā enerģija. Siltuma virzīšana uz augšu pret temperatūras gradientu prasa darbu, piemēram, siltumsūkņu izmantošanu.
Karstums un ikdiena
Siltuma enerģija šeit var parādīties kā negodīgs daudzums, taču to var un lieliski izmanto kulinārijā un citās jomās. Sagremojot pārtiku, jūs pārveidojat ķīmisko enerģiju no ogļhidrātu, olbaltumvielu un tauku saitēm uz siltumu ("kalorijas", nevis džoulus vispārpieņemtajos termiņos).
Berzerada siltumu, bieži vien steigā. Ja jūs ātri berzējat rokas kopā, tās ātri sasilst. Automātiskais ierocis izšauj lodes no stobra tik ātri, ka metāls gandrīz nekavējoties kļūst bīstami pieskaroties.
Siltumenerģija un enerģijas saglabāšana: piemērs
Apsveriet marmora velmēšanu bļodas iekšpusē. "Sistēma" ietver arī vidi (t.i., Zemi kopumā). Virzoties sānos, vairāk tās kopējās enerģijas pārvērš gravitācijas potenciālajā enerģijā; paātrinoties netālu no apakšas, vairāk šīs enerģijas tiek pārveidota par kinētisko enerģiju. Ja tas būtu viss stāsts, marmors uz visiem laikiem turpinātu iet uz augšu un uz leju, ar katru ciklu sasniedzot vienādu augstumu un ātrumu.
Tā vietā katru reizi, kad marmors nāk augšā uz sāniem, tas uzkāpj nedaudz mazāk augstu, un tā ātrums apakšā ir nedaudz mazāks, līdz galu galā marmors atpūšas apakšā. Tas notiek tāpēc, ka visu marmora velmēšanas laiku arvien vairāk tika pārveidots kopējās enerģijas "pīrāgs" lielākai un lielākai siltuma enerģijas "šķēlītei" un izkliedēta vidē, ko vairs nevar izmantot marmors. Apakšā visa sistēmas enerģija ir "kļuvusi" par siltuma enerģiju.
Siltumenerģijas vienādojums: siltuma jauda
Viens no vienādojumiem, ar kuru jūs varat saskarties, ir vienssiltuma jauda:
Q = mC \ Delta T
kurJir siltuma enerģija džoulos,mir sildāmā priekšmeta masa,Cir objektaīpašs karstums jauduundelta Tir tā temperatūras izmaiņas pēc Celsija. Vielas īpatnējā siltuma jauda irenerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai paaugstinātu šīs vielas 1 grama temperatūru par 1 grādu pēc Celsija.
Lielākas siltuma jaudas tādējādi nozīmē lielāku izturību pret temperatūras izmaiņām noteiktai vielas masai, un lielāka masa pati par sevi nozīmē lielāku siltuma jaudu. Tam ir intuitīva jēga; ja vienu minūti mikroviļņu krāsnī pakļāvāt 10 ml ūdens "augstam" temperatūras maiņai būs tālu lielāks nekā tad, ja jūs karsējāt 1000 ml ūdens, sākot ar to pašu temperatūru uz tikpat ilgu laiku.
Termodinamikas likumi
Termodinamika ir pētījums par to, kā darbs, siltums un iekšējā enerģija mijiedarbojas sistēmā. Svarīgi, ka tas attiecas tikai uz liela mēroga novērojumiem, kurus var izmērīt; gāzu kinētiskā teorija pievērš uzmanību vibrācijas līmeņa mijiedarbībai.
Pirmais termodinamikas likumsnorāda, ka iekšējās enerģijas izmaiņas var izskaidrot ar siltuma zudumiem: ΔE = Q - W, kurΔEir iekšējās enerģijas izmaiņas (Δ ir grieķu burts "delta" un šeit nozīmē "atšķirība"),Jir nodotās siltumenerģijas daudzumsvērāsistēma unWir paveiktais darbspēcsistēmu apkārtnē.
Otrais termodinamikas likumsnorādīts, ka ikreiz, kad tiek veikts darbs, summaentropijaatmosfērā palielinās. Tādējādi siltumenerģijas plūsma nepārtraukti izraisa entropijas palielināšanos.
- Entropija (S) ir stāvokļa mainīgais, sistēmas termodinamiskā īpašība, kas brīvi nozīmē "traucējumi", un tās kustību var izteikt kā
\ Delta S = \ frac {\ Delta Q} {T}
Trešais termodinamikas likumsnorādīts, ka entropijaSsistēmas temperatūra tuvojas nemainīgai vērtībaiTtuvojasabsolūtā nulle(0 K vai -273 C).
Kad viens objekts atrodas augstākā temperatūrā nekā tuvumā esošā objekts, šī temperatūras starpība veicina enerģijas pārnesi siltuma veidā uz vēsāku objektu.
Ir trīs galvenie veidi, kā panākt siltuma pārnešanu no viena objekta uz otru:Vadīšana(tiešais kontakts),konvekcija(kustība caur šķidrumu vai gāzi) un termiskāstarojums(kustība caur kosmosu).