De thermische energie of warmte-energie van een lichaam is de interne energie die verband houdt met zijn temperatuur, daarom manifesteert het zich in de vorm van warmte. Het ervaren van thermische energie is heel eenvoudig: wrijf gewoon over uw handen om de warmte te voelen die wordt veroorzaakt door wrijving.
De oorsprong van de thermische energie ligt enerzijds in de constante beweging van de deeltjes op moleculair niveau, waardoor ze kinetische energie krijgen, wat de energie is die geassocieerd is met de beweging..
Aan de andere kant hebben deeltjes een eigenschap die elektrische lading wordt genoemd, volgens welke ze reageren op basis van hun relatieve posities. Deze bijdrage aan de thermische energie van het lichaam is de potentiële energie.
Benadrukt moet worden dat thermische energie geen nieuwe vorm van energie is, maar de manier om te verwijzen naar de som van de kinetische en potentiële energieën van een zeer groot systeem van deeltjes. De maat van deze energie is de temperatuur, dus hoe hoger de temperatuur van iets, hoe meer thermische of warmte-energie het heeft.
Artikel index
De thermische energie van een systeem wordt gekenmerkt door:
-Heb dezelfde eenheden als werk en elke andere vorm van energie.
-Verplaats gemakkelijk van het ene materiaal naar het andere met behulp van bepaalde fundamentele mechanismen die hieronder worden beschreven.
-Wees op twee manieren gevarieerd: de eerste door energie uit te wisselen met de omgeving, wat in dit geval gaat over het overdragen van warmte, en de andere is door wat werk te doen aan het systeem dat energie toevoegt of aftrekt.
De eenheid van thermische energie in het internationale systeem is de joule, afgekort J, ter ere van de Engelse natuurkundige James Prescott Joule. Wat thermische energie betreft, is een veelgebruikte eenheid echter de calorie.
In termen van joule is een thermochemische calorie gelijk aan 4,1840 J en een kilocalorie staat voor 1000 calorieën..
Thermische energie is evenredig met de lichaamstemperatuur. Ja ENc is de kinetische energie en T temperatuur, de constante van evenredigheid is kB. of Boltzmann constante, de gemiddelde kinetische energie van het deeltje voor elke vrijheidsgraad wordt gegeven door de volgende vergelijking:
ENc = ½ kB.∙ T
Een monatomisch gasmolecuul, zoals helium of argon, kan bijvoorbeeld overal in een kamer bewegen, dus het heeft 3 vrijheidsgraden en zijn translationele kinetische energie is gelijk aan 3 keer de bovenstaande vergelijking:
ENc = 3/2 ∙ kB.∙ T
In eenheden van het internationale systeem is de constante van Boltzmann gelijk aan 1,380649 × 10-23 J / K.
Ervan uitgaande dat gasmoleculen heel weinig met elkaar interageren (ideaal gas) en dat ze alleen translatiebeweging hebben, is de interne energie U volledig gelijk aan de kinetische energie ENc.
Wanneer rekening wordt gehouden met andere bijdragen, zoals bijvoorbeeld rotatiebeweging, wordt E = ½ k ∙ T opgeteld voor elke bewegingsmogelijkheid.
Wanneer twee lichamen met verschillende temperaturen in contact worden gebracht, stroomt de energie spontaan van de heetste naar de koudste, totdat een thermisch evenwicht is bereikt en de temperaturen gelijk worden..
Eenmaal in thermisch evenwicht met zijn omgeving, absorbeert een lichaam evenveel thermische energie als het afgeeft.
Vaak leiden deze veranderingen tot transformaties. Bij verhitting zetten de meeste stoffen bijvoorbeeld uit en bij afkoeling trekken ze samen. Er kunnen ook toestandsveranderingen plaatsvinden, zoals van vast naar vloeibaar gaan of chemische transformaties ondergaan.
Het verkrijgen van thermische energie is mogelijk op verschillende manieren. Voor de aarde is de primaire bron de zon, maar de aarde zelf genereert zelf warmte door het radioactieve verval van sommige onstabiele elementen..
Chemische reacties en elektriciteit genereren ook thermische energie die kan worden benut.
In de kern van de meeste sterren smelt waterstof, het eenvoudigste en meest voorkomende element in het universum, samen om helium te produceren, het op een na meest complexe element na waterstof. Dit proces van kernfusie, dat continu plaatsvindt in de zon, geeft grote hoeveelheden energie vrij die de aarde bereiken in de vorm van licht en warmte..
Verbranding is een chemische reactie waarbij snel warmte vrijkomt. Het wordt altijd geproduceerd in aanwezigheid van zuurstof en vereist een brandbaar materiaal, zoals hout, steenkool of benzine. In hen is er een uitwisseling van elektronen waarbij zuurstof ze uit de brandstof haalt en daarbij licht en warmte vrijgeeft..
In het voorbeeld aan het begin geeft het wrijven van uw handen bij koud weer u een geruststellend gevoel van warmte. Daarbij verhoogt kinetische wrijving de energie van de deeltjes op het huidoppervlak en daarmee de thermische energie..
Hetzelfde gebeurt wanneer een boek op een tafel wordt geduwd en in het algemeen wanneer er relatieve bewegingen zijn van oppervlakken die in contact komen. Op microscopisch niveau ervaren de deeltjes op de twee oppervlakken een toename van hun kinetische energie, wat zich vertaalt in een temperatuurstijging, die eenvoudig kan worden waargenomen door de oppervlakken aan te raken..
Materialen worden verwarmd door het passeren van elektrische stroom, daarom voelen de kabels van elektrische apparaten, wanneer ze op het stopcontact zijn aangesloten, warm aan wanneer ze de plastic coating raken. Deze warming-up heet joule-effect.
Binnen in de aarde zijn er onstabiele elementen die van nature vervallen, dat wil zeggen dat ze deeltjes uit hun kernen verdrijven om te transformeren in andere, stabielere elementen. Dit proces gaat gepaard met de uitstoot van thermische energie, die het binnenste van de planeet verwarmt..
Er zijn drie fundamentele mechanismen voor het overbrengen van thermische energie, dat wil zeggen, het overbrengen van warmte van het ene lichaam naar het andere: geleiding, convectie en straling.
Het komt bij voorkeur voor in vaste materialen, waarvan de deeltjes met elkaar botsen, zonder dat ze merkbaar in het materiaal bewegen. Metalen zijn goede warmtegeleiders dankzij de vrije elektronen die ze hebben.
Door dit proces wordt de warmte samen met porties van het deeg getransporteerd, dat doorgaans een vloeistof is, bijvoorbeeld een vloeistof. Wanneer het water in een pot wordt gekookt, warmt de massa die zich onderaan, dicht bij de vlam, bevindt, op en zet uit, zodat de dichtheid afneemt en de vloeistof stijgt. Dus de koudere porties zinken beurtelings te warm.
In tegenstelling tot geleiding en convectie, heeft straling het materiële medium niet nodig om zich voort te planten, omdat dit gebeurt door middel van elektromagnetische golven. Op deze manier bereikt de thermische energie van de zon de aarde via de lege ruimte..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.