В предишни статии виждахме какво Кинетична енергия и механична енергия. В тези статии споменахме топлинната енергия като част от енергията, която влияе и притежава въпросното тяло. Термална енергия Това е енергията, която притежават всички частици, изграждащи едно тяло. Когато температурата се колебае, активността на частиците се увеличава. Тази вътрешна енергия се увеличава с по-висока температура и намалява с по-ниска.
Сега ще анализираме този тип енергия в дълбочина, за да допълним познанията си за различните видове енергии, които съществуват. Искате ли да научите повече за това? Продължете да четете.
Характеристики на топлинната енергия
Топлинната енергия е енергията, която се пренася между системи, които са при различни температури. Проявява се като топлината, която усещаме, когато например докоснем повърхност, която е по-топла от друга. Този трансфер на енергия винаги преминава от по-горещо тяло към по-студено. В този процес топлинната енергия се разпределя, докато двете тела достигнат топлинно равновесие, тоест когато и двете са при една и съща температура.
Важна характеристика на топлинната енергия е, че тя зависи от броя на частиците, които дадено вещество има, и скоростта, с която се движат. Колкото по-бързо се движат частиците, толкова по-голяма е топлинната енергия.
Тази енергия също е свързана с промените в състоянието на материята. Например, чрез увеличаване на топлинната енергия на твърдо тяло, то може да достигне точка, в която се превръща в течност, а ако продължи да набира енергия, течността се превръща в газ.
Примери за топлинна енергия
Някои примери за получаване на топлинна енергия са следните:
- Природата и слънцето. Слънцето е най-големият източник на топлинна енергия, за който знаем. Телата, които са изложени на слънчева светлина, като камък или вода, абсорбират тази енергия и температурата им се повишава.
- Хервир агуа. Когато прилагаме топлина към водата, нейните молекули започват да се движат по-бързо, докато достигнат точката на кипене. В този момент водата променя състоянието си, преминавайки от течност в газ.
- Комини. Камините изгарят дърва и други горива, за да генерират топлина, което увеличава топлинната енергия на околната среда.
- екзотермични реакции. Подобно на изгаряне на гориво или бензин в автомобилен двигател, тези реакции отделят топлина.
- Триене. Когато две повърхности се търкат една в друга, триенето генерира топлинна енергия. Пример за това е, когато ръцете ни се затоплят, като ги търкаме една в друга.
Как се произвежда топлинната енергия?
Топлинната енергия се генерира от движението на частици в телата. Тези частици, наречени атоми или молекули, са в постоянно движение и колкото по-бързо се движат, толкова по-голямо количество топлинна енергия притежават.
Важна концепция при производството на топлинна енергия е, че това не е нито създадено, нито унищожено, просто се трансформира. Можем да генерираме топлинна енергия чрез различни процеси, като изгаряне на изкопаеми горива, ядрена енергия, химични реакции или просто чрез контакт между тела с различни температури.
Как се използва топлинната енергия?
Днес топлинната енергия има много важни приложения. Можем да я трансформираме в други форми на енергия, като електрическа енергия, или да я използваме директно за генериране на топлина. Ето няколко примера за това как се използва:
- в отоплението. Произвежда се с помощта на котли или генератори, които изгарят малко гориво за загряване на вода, която пренася топлината до различни части на дома или сградата.
- В двигателите с вътрешно горене. Такъв е случаят с автомобилните двигатели, където изгарянето на гориво генерира топлинна енергия, която се преобразува в механична енергия за движение на превозното средство.
- В електроцентрали. В топлоелектрическите централи топлинната енергия, генерирана от изгарянето на гориво, се използва за загряване на водата;
Измерване на топлинна енергия
Топлинната енергия се измерва в Джаули (J) според Международната система от единици, въпреки че може да се изрази и в калории. Една калория е количеството енергия, необходимо за повишаване на температурата на 1 грам вода с 1 градус по Целзий. следователно една калория е равна на 4,184 джаула.
В допълнение към джаулите или калориите, в някои случаи се използват и други единици, като напр Британска топлинна единица (BTU), което е еквивалентно на приблизително 1.055 джаула и се използва в системи за отопление или охлаждане.
Примери за топлинна енергия в ежедневието
Топлинната енергия присъства в много често срещани явления и устройства. Ето няколко примера:
- При хората и топлокръвните животни. Ние поддържаме телесната си температура постоянна, което предполага непрекъснат разход на топлинна енергия, която произвеждаме при разграждането на храната.
- Върху метали, изложени на слънце. В горещ ден металът на автомобил или всяка друга метална повърхност се нагрява, абсорбирайки слънчевата топлинна енергия.
- В домакински уреди. Пещите, радиаторите и нагревателите използват топлинна енергия за работа.
- При изгаряне на дърва или въглища. Когато запалим лагерен огън или барбекю, произведената топлинна енергия загрява околната среда и готви храната.
Често объркване с термини като топлина и температура
Обичайно е топлинната енергия да се бърка с топлинна енергия или топлина. Въпреки че тези термини са свързани, те не означават точно едно и също нещо:
- Термална енергия Това е общата енергия, съдържаща се в една система поради движението на нейните частици.
- топлина Това е пренос на топлинна енергия от тяло с по-висока температура към тяло с по-ниска температура.
- Температура Това е мярката за средната топлинна енергия на частиците на тялото.
Важно е да се отбележи, че въпреки че топлината и топлинната енергия са свързани, топлината не е присъщо свойство на тялото, а по-скоро процес на пренос, докато топлинната енергия е свойство на материята.
Други енергии, свързани с топлинната енергия
Топлинната енергия е свързана с други форми на енергия, което позволява нейното преобразуване в различни приложения. Тук описваме някои от тези връзки:
Топлинна слънчева енергия
Слънчевата топлинна енергия е вид възобновяема енергия, която преобразува слънчевата енергия в топлина. Този вид енергия обикновено се използва за загрейте водата в домове или за генериране на електричество чрез слънчеви топлинни централи.
Геотермална енергия
Тази форма на енергия идва от топлината, съхранявана вътре в Земята. Геотермалната енергия се възползва от тази естествена топлина, за да произвежда електричество или отопление по по-чист и по-устойчив начин.
Електрическа енергия
Топлинната енергия може да се преобразува в електрическа енергия в топлоелектрически централи, където топлината се използва за генериране на пара и задвижване на турбини, които генерират електричество, процес, обичаен за изкопаеми горива или атомни електроцентрали.
Изучаването на топлинната енергия е от съществено значение за разбирането как енергията се генерира и използва в нашето ежедневие. От топлината на слънцето до енергията, която използваме за готвене, топлинната енергия има значително въздействие върху околната среда и начина, по който живеем.