V prejšnjih člankih smo videli, kaj Kinetična energija in mehanska energija. V teh člankih smo omenili toplotno energijo kot del energije, ki vpliva in poseduje zadevno telo. Termalna energija To je energija, ki jo imajo vsi delci, ki sestavljajo telo. Ko temperatura niha, se aktivnost delcev poveča. Ta notranja energija narašča, ko je temperatura višja, in pada, ko je nižja.
Zdaj bomo poglobljeno analizirali to vrsto energije, da bi še bolj dopolnili naše znanje o različnih vrstah energij, ki obstajajo. Želite izvedeti več o tem? Nadaljujte z branjem.
Značilnosti toplotne energije
Toplotna energija je energija, ki se prenaša med sistemi, ki imajo različne temperature. Kaže se kot toplota, ki jo občutimo, ko se na primer dotaknemo površine, ki je toplejša od druge. Ta prenos energije gre vedno od bolj vročega telesa k hladnejšemu. V tem procesu se toplotna energija porazdeli, dokler obe telesi ne dosežeta toplotnega ravnovesja, to je, ko imata obe enaki temperaturi.
Pomembna značilnost toplotne energije je, da je odvisna od števila delcev, ki jih ima snov, in hitrosti, s katero se gibljejo. Hitreje ko se delci gibljejo, večja je toplotna energija.
Ta energija je povezana tudi s spremembami agregatnega stanja. Na primer, s povečanjem toplotne energije trdnega telesa lahko doseže točko, ko postane tekočina, in če še naprej pridobiva energijo, tekočina postane plin.
Primeri toplotne energije
Nekaj primerov pridobivanja toplotne energije je naslednje:
- Narava in sonce. Sonce je največji vir toplotne energije, kar jih poznamo. Telesa, ki so izpostavljena sončni svetlobi, na primer kamen ali voda, absorbirajo to energijo in njihova temperatura se poveča.
- Zavrite vodo. Ko vodo segrevamo, se njene molekule začnejo premikati hitreje, dokler ne dosežejo vrelišča. V tem trenutku voda spremeni agregatno stanje in preide iz tekočega v plinasto.
- Dimniki. Kamini kurijo drva in druga goriva za ustvarjanje toplote, ki povečuje toplotno energijo okolja.
- eksotermne reakcije. Tako kot pri gorenju goriva ali bencina v avtomobilskem motorju te reakcije sproščajo toploto.
- Trenje. Ko se dve površini drgneta druga ob drugo, trenje ustvarja toplotno energijo. Na primer, ko se naše roke segrejejo, če jih drgnemo eno ob drugo.
Kako se proizvaja toplotna energija?
Toplotna energija nastaja zaradi gibanja delcev znotraj teles. Ti delci, imenovani atomi ali molekule, so v stalnem gibanju in hitreje kot se gibljejo, večjo količino toplotne energije imajo.
Pomemben koncept pri proizvodnji toplotne energije je ta ni niti ustvarjeno niti uničeno, samo preoblikuje. Toplotno energijo lahko proizvajamo z različnimi procesi, kot so izgorevanje fosilnih goriv, jedrska energija, kemične reakcije ali preprosto s stikom med telesi različnih temperatur.
Kako se uporablja toplotna energija?
Danes ima toplotna energija veliko pomembnih uporab. Pretvorimo jo lahko v druge oblike energije, na primer v električno energijo, ali pa jo neposredno uporabimo za pridobivanje toplote. Tukaj je nekaj primerov, kako se uporablja:
- pri ogrevanju. Proizvaja se z uporabo kotlov ali generatorjev, ki kurijo nekaj goriva za ogrevanje vode, ki prenaša toploto v različna področja doma ali zgradbe.
- V motorjih z notranjim zgorevanjem. Takšen je primer avtomobilskih motorjev, kjer zgorevanje goriva ustvarja toplotno energijo, ki se pretvori v mehansko energijo za premikanje vozila.
- V elektrarnah. V termoelektrarnah se toplotna energija, pridobljena z zgorevanjem goriva, uporablja za ogrevanje vode;
Merjenje toplotne energije
Toplotna energija se meri v Jouli (J) po mednarodnem sistemu enot, čeprav se lahko izrazi tudi v kalorijah. Kalorija je količina energije, ki je potrebna za dvig temperature 1 grama vode za 1 stopinjo Celzija. zato ena kalorija je enaka 4,184 džulov.
Poleg joulov ali kalorij se v nekaterih kontekstih uporabljajo tudi druge enote, npr Britanska toplotna enota (BTU), kar je enako približno 1.055 džulov in se uporablja v ogrevalnih ali hladilnih sistemih.
Primeri toplotne energije v vsakdanjem življenju
Toplotna energija je prisotna v številnih običajnih pojavih in napravah. Tukaj je nekaj primerov:
- Pri ljudeh in toplokrvnih živalih. Telesno temperaturo vzdržujemo konstantno, kar pomeni nenehno porabo toplotne energije, ki jo proizvedemo pri razgradnji hrane.
- Na kovinah, izpostavljenih soncu. Na vroč dan se kovina avtomobila ali katera koli druga kovinska površina segreje in absorbira sončno toplotno energijo.
- V gospodinjskih aparatih. Peči, radiatorji in grelniki za delovanje uporabljajo toplotno energijo.
- Pri zgorevanju lesa ali premoga. Ko zakurimo taborni ogenj ali žar, proizvedena toplotna energija ogreje okolje in skuha hrano.
Pogosta zmeda z izrazi, kot sta toplota in temperatura
Toplotno energijo običajno zamenjujemo s toplotno energijo ali toploto. Čeprav sta ta izraza povezana, ne pomenita povsem iste stvari:
- Termalna energija Je celotna energija, ki jo sistem vsebuje zaradi gibanja njegovih delcev.
- Vročina Gre za prenos toplotne energije s telesa z višjo temperaturo na telo z nižjo temperaturo.
- Temperatura Je merilo povprečne toplotne energije delcev telesa.
Pomembno je omeniti, da čeprav sta toplota in toplotna energija povezani, toplota ni intrinzična lastnost telesa, temveč proces prenosa, medtem ko je toplotna energija lastnost snovi.
Druge energije, povezane s toplotno energijo
Toplotna energija je povezana z drugimi oblikami energije, kar omogoča njeno pretvorbo v različne aplikacije. Tukaj podrobno opisujemo nekatere od teh odnosov:
Toplotna sončna energija
Sončna toplotna energija je vrsta obnovljive energije, ki pretvarja sončno energijo v toploto. Ta vrsta energije se običajno uporablja za segrejte vodo v domovih ali za proizvodnjo električne energije s sončnimi termalnimi elektrarnami.
Geotermalna energija
Ta oblika energije prihaja iz toplote, shranjene v Zemlji. Geotermalna energija izkorišča to naravno toploto za proizvodnjo električne energije ali ogrevanja na čistejši in bolj trajnosten način.
Električna energija
Toplotno energijo je mogoče pretvoriti v električno energijo v termoelektrarnah, kjer se toplota uporablja za proizvodnjo pare in pogon turbin, ki proizvajajo elektriko, proces, ki je pogost v elektrarnah na fosilna goriva ali jedrskih elektrarnah.
Preučevanje toplotne energije je bistveno za razumevanje, kako se energija proizvaja in uporablja v našem vsakdanjem življenju. Od toplote sonca do energije, ki jo uporabljamo za kuhanje, toplotna energija pomembno vpliva na naše okolje in način življenja.