Energie termală

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În fizică, energia termică este forma de energie posedată de orice corp care are o temperatură peste zero absolut [1] [2] : este o cantitate extinsă , proporțională cu temperatura și extinderea corpului, măsurabilă ca o cantitate de substanță , cum ar fi masa sau volumul ; constanta de proporționalitate între energia termică și aceste două variabile se numește căldură specifică .

Conform celei de- a doua legi a termodinamicii , este considerată o formă de energie degradată întrucât nu toată energia termică poate fi convertită în energie mecanică [2] ; dimpotrivă, orice altă formă de energie are posibilitatea de a transforma mai mult sau mai puțin spontan în timp totul în energie termică (cum ar fi energia mecanică prin frecare , energia electromagnetică prin absorbția radiațiilor sau energia electrică prin disipare rezistivă ).

Descriere

Interpretare microscopică

Suma energiei cinetice asociate cu oscilațiile sau mișcarea moleculelor care alcătuiesc un corp și energia potențială datorită poziției lor reciproce constituie energia internă . [3] Energia cinetică medie din toate moleculele luate singure constituie energia termică. [4] La nivel microscopic energia cinetică medie a moleculelor sistemului ia în considerare mișcările de translație , rotație și vibrație ale moleculelor. Temperatura crește pe măsură ce crește energia cinetică medie.

Energia termică medie a unui sistem compus din molecule având grade pătratice ale libertății dețin:

unde este este constanta Boltzmann e este temperatura absolută . Valoarea a pentru un gaz monatomic este , pentru gazele diatomice iar pentru molecule mai mari la temperatura camerei .

Reprezentarea diferitelor grade de interacțiune în cele trei stări de agregare a materiei.

Toate substanțele sunt compuse din molecule . Aceste molecule sunt legate între ele prin forțe intramoleculare de intensitate mai mare sau mai mică. În solide, moleculele nu sunt imobile în spațiu, dar oscilează în jurul poziției lor de echilibru. Prin urmare, sunt într-o agitație constantă. Cu toate acestea, legături suficient de puternice le mențin împreună, astfel încât structura lor să nu fie deformabilă: de fapt, toate solidele au propria formă și volum .

Oscilația moleculelor este de amplitudine mai mare sau mai mică, în funcție de cantitatea de energie termică pe care o posedă un corp. La temperaturi ridicate oscilațiile sunt mai largi, în timp ce la temperaturi mai mici există oscilații mai mici. Acest fapt explică modul în care rezistența electrică a substanțelor crește odată cu creșterea temperaturii: temperaturile mai mari corespund unor oscilații de amplitudine mai mari ale moleculelor (sau atomilor), astfel încât sarcinile responsabile de conducerea electrică să aibă dificultăți mai mari în traversarea materialului.

În lichide , moleculele sunt legate între ele prin forțe mai slabe și din acest motiv un lichid nu are o formă proprie. În gaze , moleculele se bucură de o libertate extremă de mișcare. Se mișcă într-un mod foarte haotic și aleatoriu, cu cât temperatura gazului este mai mare.

Producție

Energia termică poate fi produsă în cantități mari pur și simplu prin reacțiile chimice de ardere , sau prin intermediul reacțiilor nucleare , sau chiar prin trecerea curentului electric printr-un fir caracterizat printr-o rezistență definită și mai mare decât data de compoziția materialului care comportamente (adică datorită efectului Joule ), așa cum se întâmplă în sobele electrice și în toate aparatele de uz casnic care încălzesc mediul (mașină de spălat, cuptor electric etc.). Există două surse naturale de energie termică: soarele și subsolul .

Exemplu

Dacă curentul este trecut prin rezistența unui încălzitor de apă , apa se încălzește. De asemenea, în acest caz există o transformare a energiei : de la forma electrică la forma termică . Consumul de energie electrică utilizată pentru alimentarea rezistenței poate fi măsurat de un contor electric, în timp ce energia termică dobândită de apă poate fi măsurată de un termometru care înregistrează creșterea temperaturii . Creșterea temperaturii mărturisește achiziția de energie termică de către substanțe.

Conversia în alte forme de energie

Centrală termică solară, pentru conversia energiei solare termice în energie electrică.

Conversia în energie mecanică

Prin încălzirea unui gaz la un volum constant, energia cinetică medie a particulelor care îl compun crește, ceea ce crește astfel presiunea pe pereții recipientului care le conține. Gazul a dobândit energie potențială , la un nivel macroscopic, și este astfel capabil, în cele din urmă, să se extindă și să poată efectua lucrări mecanice așa cum se întâmplă în mod obișnuit la mașinile termice . Energia potențială dobândită de gaz se datorează energiei termice administrate acestuia. Achiziția de energie termică de către gaz este confirmată de faptul că gazul își mărește temperatura. Dacă gazul se poate extinde, face o treabă și astfel consumă o parte din energia pe care a dobândit-o, răcindu-se.

Conversia în energie electrică

Energia termică poate fi transformată în alte forme de energie, de exemplu, ea este transformată în energie electrică în centralele termoelectrice și termonucleare , în centralele geotermale și în centralele solare termodinamice .

Aplicații

Aplicațiile energiei termice sunt, prin urmare, în esență:

  • în încălzirea și gătirea alimentelor odată produse de surse de energie ;
  • în producția de energie mecanică și energie electrică după ce a fost convertită în mod specific;

Notă

  1. ^ Deoarece zero absolut este o limită teoretică care nu poate fi atinsă niciodată în realitate, se poate spune că toate corpurile posedă o parte a energiei termice, deși în cantități diferite.
  2. ^ A b (EN) Energie termică , pe britannica.com. Adus pe 27 noiembrie 2016 .
  3. ^ Această energie este independentă de faptul dacă corpul, din care moleculele sunt elementul constitutiv fundamental, este ca un întreg nemișcat sau în mișcare.
  4. ^ Energie termică , pe ebook.scuola.zanichelli.it . Adus pe 27 noiembrie 2016 .

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 7203