Termisk energi: Definition, ekvation, typer (med diagram och exempel)

Termisk energi, även kalladvärmeenergieller baravärme, är en typ avinreenergi ett objekt sägs ha på grund av dess kinetiska energi.

Själva energin, även om den är lätt att definiera i matematiska termer, är en av de mer svårfångade storheterna i fysik när det gäller vad den i grundenär. Det finns många former av energi, och det är lättare att definiera energi i termer av gränserna för dess aritmetiska beteende än att rama in det i exakt språk.

Till skillnad fråntranslationellellerroterandekinetisk energi, som uppstår från rörelse över något linjärt avstånd respektive i en cirkel (och dessa kan förekomma tillsammans, som med en kastad Frisbee), kommer värmeenergi från rörelsen av ett stort antal små partiklar, rörelse som kan betraktas som vibrationer runt fasta punkter i Plats.

I genomsnitt finns varje partikel på en viss plats i det utökade systemet när den vandrar frenetiskt om den punkten, även om partikeln statistiskt troligtvis är vid någon tidpunkt finns där. Detta är snarare som jordens genomsnittliga position över tiden nära solens centrum även om detta arrangemang (lyckligtvis!) Aldrig sker.

Varje gång två material kommer i kontakt, inklusive luft,friktionresultat, och en del av systemets totala energi - som, som du ser, alltid måste vara konstant - förvandlas till termisk energi.

Objektet och dess omgivning upplever en ökning avtemperatur, vilken ärkvantifierbar manifestation av termisk energi och värmeöverföring, uppmätt i grader Celsius (° C), grader Fahrenheit (° F) eller Kelvin (K). När föremål tappar värme sjunker de till en lägre temperatur.

Energi finns i olika former såväl som i olika enheter, den vanligaste ärjoule (J), uppkallad efter James Prescott Joule. Själva joule har enheter av kraft gånger avstånd, eller newton-meter (N⋅m). Mer grundläggande är energienheterna kg⋅m²/ s².

Ett koncept som är nära kopplat till energi ärarbete, som har enheteravenergi men anses intesomenergi av fysiker. Arbete kan sägas vara "gjort på" asystemetgenom att lägga till energi till det, vilket resulterar i en fysisk förändring i systemet (t.ex. flyttar den en kolv eller roterar en magnetisk spole - det vill säga gör användbart arbete). Ett system är varje fysisk uppställning med tydligt definierade gränser, som till och med kan vara jorden som helhet.

Förutom värmeenergi (vanligtvis skriven Q) och kinetisk energi (den "normala" linjära eller rotationssorten) inkluderar andra typer av energipotentiell energi​, ​mekanisk energiochelektrisk energi. Den kritiska aspekten av energi är att oavsett hur den ser ut i något system så är den alltidkonserverad​.

När det sker överföring av termisk energi till miljön (dvs. den "försvinner" eller "går förlorad"), av naturligtvis förstörs faktiskt ingen energi på något sätt, eftersom detta skulle strida mot bevarande av energi.

Denna värme kan dock inte återfångas och återanvändas helt, varför den kallas en mindre användbar energiform. Närhelst du passerar en byggnad eller markventil på vintern och ett oändligt moln av ånga eller varm luft strömmar ut, är det ett tydligt exempel på termisk energi som är "värdelös" energi. Å andra sidan, avärmemotorsom den i bensindrivna bilar använder termisk energi för mekanisk energi.

Temperaturen på ett objekt eller system är ett mått pågenomsnitttranslationell kinetisk energi per molekyl av det objektet, medan termisk energi är systemets totala inre energi. När partiklar rör sig finns det alltid kinetisk energi. Att flytta värmen uppåt mot en temperaturgradient kräver arbete, t.ex. användning av värmepumpar.

Värmeenergi kan förekomma här som en oseriös kvantitet, men den kan användas och används utmärkt i matlagning och andra områden. När du smälter mat omvandlar du kemisk energi från bindningarna i kolhydrater, proteiner och fett till värme ("kalorier" istället för joule i vanliga termer).

​Friktiongenererar värme, ofta bråttom. Om du snabbt gnuggar händerna värms de snabbt upp. Ett automatiskt vapen skjuter kulor ur trumman så snabbt att metallen blir farligt het vid beröring nästan omedelbart.

Tänk på en marmor som rullar runt inuti en skål. "Systemet" inkluderar också miljön (dvs. jorden som helhet). När den rör sig uppåt, omvandlas mer av dess totala energi till gravitationell potentiell energi; när den ökar nära botten omvandlas mer av den energin till kinetisk energi. Om detta var hela historien skulle marmorn fortsätta att gå upp och ner för alltid och nå samma höjder och hastigheter för varje cykel.

Istället, varje gång marmorn kommer upp på sidan, klättrar den lite mindre högt, och dess hastighet längst ner är lite mindre, tills så småningom marmorn vilar längst ner. Detta beror på att hela tiden marmorn rullade, omvandlades mer och mer av den totala energipåen till en större och större "skiva" av termisk energi och sprids ut i miljön, som inte längre kan användas av marmor. Längst ner har all systemets energi "blivit" termisk energi.

En av ekvationerna du kan stöta på är den förvärmekapacitet​:

varFär termisk energi i joule,mär massan av objektet som värms upp,Cär objektetsspecifik värme​ ​kapacitetochdelta Tär dess temperaturförändring i Celsius. Ett ämnes specifika värmekapacitet ärmängd energi som krävs för att höja temperaturen på 1 gram av ämnet med 1 grad Celsius​.

Högre värmekapacitet innebär således ett större motstånd mot temperaturförändring för en given massa av ett ämne, och mer massa i sig betyder en högre värmekapacitet. Detta är intuitivt meningsfullt; om du utsatte 10 ml vatten för "högt" i en mikrovågsugn i en minut kommer temperaturförändringen att vara långt större än om du värmde 1000 ml vatten med samma temperatur under samma tid.

Termodynamik är studien av hur arbete, värme och intern energi interagerar i ett system. Det är viktigt att det bara handlar om stora observationer som kan mätas; den kinetiska teorin om gaser adresserar vibrationsnivåinteraktioner.

​Den första lagen om termodynamikanger att förändringar i intern energi kan redovisas av värmeförluster: ΔE = Q - W, varAEär förändring i intern energi (Δ är den grekiska bokstaven "delta" och betyder "skillnad" här),Fär mängden överförd termisk energiin isystemet ochWär arbetet gjortförbisystemet på omgivningen.

​Den andra lagen om termodynamikanger att när som helst arbete görs mängdenentropii atmosfären ökar. Således orsakar flödet av termisk energi kontinuerligt att entropin ökar.

• Entropi (S) är en tillståndsvariabel, en termodynamisk egenskap hos ett system som löst betyder "oordning", och dess rörelse kan uttryckas som 

​Den tredje lagen om termodynamikanger att entropinSi ett system närmar sig ett konstant värde som temperaturenTnärmar sigabsolut noll(0 K eller -273 C).

När ett objekt har en högre temperatur än ett närliggande objekt, gynnar denna temperaturskillnad energiöverföring i form av värme till det kallare föremålet.

Det finns tre grundläggande sätt att överföra värme från ett objekt till ett annat:Ledning(direktkontakt),konvektion(rörelse genom en vätska eller gas) och termiskstrålning(rörelse genom rymden).