Termal Enerji: Tanım, Denklem, Tipler (diyagram ve Örnekler ile)

Termal enerji olarak da adlandırılanısı enerjisiya da sadecesıcaklık, bir türüdüriçBir cismin kendisini oluşturan parçacıkların kinetik enerjisine bağlı olarak sahip olduğu enerjidir.

Enerjinin kendisi, matematiksel terimlerle tanımlanması yeterince kolay olsa da, temel olarak ne olduğu açısından fizikte daha zor nicelikler arasındadır.dır-dir. Enerjinin pek çok biçimi vardır ve enerjiyi aritmetik davranışının sınırları açısından tanımlamak, onu kesin bir dille çerçevelemekten daha kolaydır.

aksineötelemeveyarotasyonelSırasıyla bir doğrusal mesafe boyunca veya bir daire içindeki hareketten ortaya çıkan kinetik enerji (ve bunlar, fırlatmada olduğu gibi birlikte meydana gelebilir). Frizbi), ısı enerjisi, çok sayıda küçük parçacığın hareketinden gelir, bu hareket, sabit noktalar etrafında titreşim olarak düşünülebilecek harekettir. Uzay.

Ortalama olarak, her parçacık, dolaşırken genişletilmiş sistem içinde belirli bir yerde bulunur. Bu nokta hakkında çılgınca, zamanın hiçbir noktasında parçacık istatistiksel olarak muhtemel olmasa bile orada bulundu. Bu daha çok, bu düzenleme (neyse ki!) hiçbir zaman gerçekleşmemesine rağmen, Dünya'nın zaman içindeki ortalama konumunun güneşin merkezine yakın olmasına benzer.

Hava dahil olmak üzere iki malzeme temas ettiğinde,sürtünmeSonuçlar ve sistemin toplam enerjisinin bir kısmı - ki, göreceğiniz gibi, her zaman sabit kalması gerekir - termal enerjiye dönüştürülür.

Nesne ve çevresi bir artış yaşarsıcaklık, hangisitermal enerji ve ısı transferinin ölçülebilir tezahürü, Celsius (°C), Fahrenheit (°F) veya Kelvin (K) olarak ölçülür. Nesneler ısı kaybettiklerinde daha düşük bir sıcaklığa düşerler.

Enerji çeşitli biçimlerde ve çeşitli birimlerde gelir, en yaygın olanı enerjidir.joule (J)adını James Prescott Joule'den almıştır. Joule'ün kendisi, kuvvet çarpı mesafe veya Newton-metre (N⋅m) birimlerine sahiptir. Daha temelde, enerji birimleri kg⋅m'dir.²/s².

Enerjiyle yakından ilişkili bir kavram,işbirimleri olannın-ninenerji ama sayılmazgibifizikçiler tarafından enerji İşin bir "üzerinde" yapıldığı söylenebilir.sistemsisteme fiziksel bir değişiklikle sonuçlanan enerji ekleyerek (örneğin, bir pistonu hareket ettirir veya bir manyetik bobini döndürür - yani faydalı iş yapar). Bir sistem, bir bütün olarak Dünya bile olabilen, açıkça tanımlanmış sınırları olan herhangi bir fiziksel kurulumdur.

Isı enerjisine (genellikle Q ile yazılır) ve kinetik enerjiye ("normal" doğrusal veya rotasyonel sıralama) ek olarak, diğer enerji türleri şunları içerir:potansiyel enerji​, ​mekanik enerjiveelektrik enerjisi. Enerjinin kritik yönü, herhangi bir sistemde nasıl görünürse görünsün, her zamankorunmuş​.

Çevreye termal enerji transferi olduğunda (yani, "dağılır" veya "kaybolur"), Tabii ki hiçbir enerji hiçbir şekilde yok edilmez, çünkü bu, enerjinin korunumunu ihlal eder. enerji.

Ancak bu ısı tamamen geri alınamaz ve yeniden kullanılamaz, bu yüzden daha az faydalı bir enerji formu olarak adlandırılır. Kışın bir binanın veya yerdeki havalandırmadan ne zaman geçseniz ve sonsuz bir buhar bulutu veya sıcak hava dışarı akıyorsa, bu, "işe yaramaz" enerji olan termal enerjinin açık bir örneğidir. Öte yandan, birısıtma motorubenzinli arabalarda olduğu gibi mekanik enerji için termal enerji kullanır.

Bir nesnenin veya sistemin sıcaklığı, sıcaklığın bir ölçüsüdür.ortalamao nesnenin molekülü başına öteleme kinetik enerjisi, termal enerji ise sistemin toplam iç enerjisidir. Parçacıklar hareket ettiğinde her zaman kinetik enerji vardır. Isıyı bir sıcaklık gradyanına karşı yukarı doğru hareket ettirmek, ısı pompalarının kullanılması gibi işleri gerektirir.

Termal enerji burada sahte bir miktar olarak görünebilir, ancak yemek pişirme ve diğer alemlerde mükemmel bir şekilde kullanılabilir ve kullanılabilir. Yiyecekleri sindirdiğinizde, karbonhidratlar, proteinler ve yağdaki bağlardan gelen kimyasal enerjiyi ısıya dönüştürürsünüz (genel terimlerle joule yerine "kalori").

​Sürtünmegenellikle aceleyle ısı üretir. Ellerinizi hızlı bir şekilde ovuşturursanız, hızlı bir şekilde ısınırlar. Otomatik bir silah, mermileri namludan o kadar hızlı fırlatır ki, metal neredeyse anında dokunulamayacak kadar sıcak hale gelir.

Bir kasenin içinde yuvarlanan bir bilye düşünün. "Sistem" aynı zamanda çevreyi de içerir (yani, bir bütün olarak Dünya). Yukarı doğru hareket ettikçe toplam enerjisinin daha fazlası yerçekimi potansiyel enerjisine dönüşür; dibe yakın hızlanırken, bu enerjinin çoğu kinetik enerjiye dönüşür. Bütün hikaye bu olsaydı, bilye sonsuza kadar inip kalkacak, her döngüde aynı yüksekliğe ve hıza ulaşacaktı.

Bunun yerine, bilye yana doğru her geldiğinde, biraz daha az yükseğe tırmanır ve bilye en sonunda altta durana kadar alttaki hızı biraz daha düşüktür. Bunun nedeni, bilye yuvarlandığı süre boyunca, toplam enerji "turtasının" giderek daha fazla dönüştürülmekte olmasıdır. daha büyük ve daha büyük bir termal enerji "dilim"ine dönüştürülür ve çevreye dağılır, artık mermer. Altta, tüm sistemin enerjisi termal enerjiye "dönüşmüştür".

Karşılaşabileceğiniz denklemlerden biriısı kapasitesi​:

neredeSjoule cinsinden termal enerjidir,mısıtılan cismin kütlesi,Cnesneninözısı​ ​kapasitevedelta TSantigrat cinsinden sıcaklıktaki değişimdir. Bir maddenin özgül ısı kapasitesi,1 gram maddenin sıcaklığını 1 santigrat derece yükseltmek için gereken enerji miktarı​.

Bu nedenle, daha yüksek ısı kapasiteleri, bir maddenin belirli bir kütlesi için sıcaklık değişimine karşı daha büyük bir direnç anlamına gelir ve daha fazla kütle kendi başına daha yüksek bir ısı kapasitesi anlamına gelir. Bu sezgisel bir anlam ifade eder; 10 mL suyu bir dakika boyunca mikrodalgada "yüksek" sıcaklığa maruz bırakırsanız, sıcaklık değişimi çok daha fazla olacaktır. 1.000 mL suyu aynı sıcaklıkta aynı süre boyunca ısıtmanızdan daha fazla.

Termodinamik, bir sistemde iş, ısı ve iç enerjinin nasıl etkileştiğinin incelenmesidir. Daha da önemlisi, yalnızca ölçülebilen büyük ölçekli gözlemlerle ilgilidir; gazların kinetik teorisi, titreşim düzeyindeki etkileşimleri ele alır.

​Termodinamiğin birinci yasasıiç enerjideki değişikliklerin ısı kayıplarıyla açıklanabileceğini belirtir: ΔE = Q – W, ​​buradaΔEiç enerjideki değişimdir (Δ, Yunanca "delta" harfidir ve burada "fark" anlamına gelir),Saktarılan termal enerji miktarıdıriçinesistem veWiş bitti mitarafındançevredeki sistem.

​Termodinamiğin ikinci yasasıiş yapıldığında, miktarınentropiatmosferde artar. Böylece termal enerji akışı sürekli olarak entropinin artmasına neden oluyor.

• entropi (S) bir durum değişkenidir, gevşek bir şekilde "düzensizlik" anlamına gelen bir sistemin termodinamik özelliğidir ve hareketi şu şekilde ifade edilebilir:

​Termodinamiğin üçüncü yasasıentropinin olduğunu belirtirSbir sistemin sıcaklığı sabit bir değere yaklaştığındaTyakıntamamen sıfır(0 K veya -273 C).

Bir nesne yakındaki bir nesneden daha yüksek bir sıcaklıkta olduğunda, bu sıcaklık farkı, daha soğuk nesneye ısı şeklinde enerji aktarımını kolaylaştırır.

Bir nesneden diğerine ısı transferini sağlamanın üç temel yolu vardır:İletim(doğrudan iletişim),konveksiyon(bir sıvı veya gaz içinde hareket) ve termalradyasyon(uzayda hareket).