Iepriekšējos rakstos mēs esam redzējuši, ko Kinētiskā enerģija un mehāniskā enerģija. Šajos rakstos mēs pieminējām siltumenerģiju kā daļu no enerģijas, kas ietekmē un piemīt attiecīgajam ķermenim. Siltumenerģija Tā ir enerģija, kas piemīt visām daļiņām, kas veido ķermeni. Kad temperatūra svārstās, daļiņu aktivitāte palielinās. Šī iekšējā enerģija palielinās, kad temperatūra ir augstāka, un samazinās, kad tā ir zemāka.
Tagad mēs padziļināti analizēsim šo enerģijas veidu, lai papildinātu savas zināšanas par dažādajiem enerģijas veidiem, kas pastāv. Vai vēlaties uzzināt vairāk par to? Turpiniet lasīt.
Siltumenerģijas raksturojums
Siltumenerģija ir enerģija, kas tiek pārnesta starp sistēmām, kuras atrodas dažādās temperatūrās. Tas izpaužas kā siltums, ko jūtam, kad, piemēram, pieskaramies virsmai, kas ir siltāka par citu. Šī enerģijas pārnešana vienmēr notiek no karstāka ķermeņa uz aukstāku. Šajā procesā siltumenerģija tiek sadalīta, līdz abi ķermeņi sasniedz termisko līdzsvaru, tas ir, kad abi ir vienā temperatūrā.
Svarīga siltumenerģijas īpašība ir tā, ka tā ir atkarīga no vielā esošo daļiņu skaita un ātruma, ar kādu tās pārvietojas. Jo ātrāk daļiņas pārvietojas, jo lielāka ir siltumenerģija.
Šī enerģija ir saistīta arī ar vielas stāvokļa izmaiņām. Piemēram, palielinot cieta ķermeņa siltumenerģiju, tas var sasniegt punktu, kurā tas kļūst par šķidrumu, un, ja tas turpina iegūt enerģiju, šķidrums kļūst par gāzi.
Siltumenerģijas piemēri
Daži siltumenerģijas iegūšanas piemēri ir šādi:
- Daba un Saule. Saule ir lielākais siltumenerģijas avots, par ko mēs zinām. Ķermeņi, kas ir pakļauti saules gaismai, piemēram, akmens vai ūdens, absorbē šo enerģiju, un to temperatūra paaugstinās.
- Vārīts ūdens. Kad mēs uzkarsējam ūdeni, tā molekulas sāk kustēties ātrāk, līdz sasniedz viršanas temperatūru. Tajā brīdī ūdens maina stāvokli, pārejot no šķidruma uz gāzi.
- Dūmvadi. Kamīni dedzina malku un citu kurināmo, lai radītu siltumu, kas palielina vides siltumenerģiju.
- eksotermiskas reakcijas. Tāpat kā degot degvielu vai benzīnu automašīnas dzinējā, šīs reakcijas atbrīvo siltumu.
- Berze. Kad divas virsmas berzē viena pret otru, berze rada siltumenerģiju. Piemērs varētu būt, kad mūsu rokas kļūst siltas, berzējot tās viena gar otru.
Kā tiek ražota siltumenerģija?
Siltuma enerģiju rada daļiņu kustība ķermeņos. Šīs daļiņas, ko sauc par atomiem vai molekulām, atrodas pastāvīgā kustībā, un jo ātrāk tās pārvietojas, jo lielāks ir to siltumenerģijas daudzums.
Svarīgs jēdziens siltumenerģijas ražošanā ir tas tas nav ne radīts, ne iznīcināts, tas vienkārši pārvēršas. Siltumenerģiju mēs varam ģenerēt, izmantojot dažādus procesus, piemēram, fosilā kurināmā sadedzināšanu, kodolenerģiju, ķīmiskās reakcijas vai vienkārši saskaroties starp dažādu temperatūru ķermeņiem.
Kā tiek izmantota siltumenerģija?
Mūsdienās siltumenerģijai ir daudz svarīgu lietojumu. Mēs varam to pārveidot citos enerģijas veidos, piemēram, elektroenerģijā, vai izmantot to tieši siltuma ražošanai. Šeit ir daži piemēri, kā tas tiek izmantots:
- apkurē. To ražo, izmantojot katlus vai ģeneratorus, kas sadedzina kādu kurināmo, lai sildītu ūdeni, kas transportē siltumu uz dažādām mājas vai ēkas zonām.
- Iekšdedzes dzinējos. Tāds ir automašīnu dzinēju gadījums, kur degvielas sadegšana rada siltumenerģiju, kas tiek pārveidota mehāniskajā enerģijā, lai pārvietotu transportlīdzekli.
- Elektrostacijās. Termoelektrostacijās siltumenerģiju, kas rodas, sadedzinot kurināmo, izmanto ūdens sildīšanai, kas rada tvaiku, kas rada elektrību.
Siltumenerģijas mērīšana
Siltumenerģija tiek mērīta Džūli (J) saskaņā ar Starptautisko vienību sistēmu, lai gan to var izteikt arī kalorijās. Kalorija ir enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai 1 grama ūdens temperatūru paaugstinātu par 1 grādu pēc Celsija. Tāpēc viena kalorija ir vienāda ar 4,184 džouliem.
Papildus džouliem vai kalorijām dažos kontekstos tiek izmantotas arī citas vienības, piemēram, Lielbritānijas siltuma vienība (BTU), kas atbilst aptuveni 1.055 džouliem un tiek izmantots apkures vai dzesēšanas sistēmās.
Siltumenerģijas piemēri ikdienas dzīvē
Siltumenerģija ir sastopama daudzās izplatītās parādībās un ierīcēs. Šeit ir daži piemēri:
- Cilvēkiem un siltasiņu dzīvniekiem. Mēs uzturam nemainīgu ķermeņa temperatūru, kas nozīmē nepārtrauktu siltumenerģijas patēriņu, ko mēs ražojam, sadalot pārtiku.
- Uz metāliem, kas pakļauti saules iedarbībai. Karstajā dienā automašīnas metāls vai jebkura cita metāla virsma uzsilst, absorbējot saules siltumenerģiju.
- Sadzīves tehnikā. Krāsnis, radiatori un sildītāji izmanto siltumenerģiju, lai darbotos.
- Koksnes vai ogļu sadedzināšanā. Kad iekuram ugunskuru vai bārbekjū, saražotā siltumenerģija uzsilda vidi un pagatavo ēdienu.
Bieža sajaukšana ar tādiem terminiem kā siltums un temperatūra
Ir ierasts jaukt siltumenerģiju ar siltumenerģiju vai siltumu. Lai gan šie termini ir saistīti, tie nenozīmē tieši to pašu:
- Siltumenerģija Tā ir kopējā enerģija, kas atrodas sistēmā, pateicoties tās daļiņu kustībai.
- Karstums Tā ir siltumenerģijas pārnešana no ķermeņa ar augstāku temperatūru uz ķermeni ar zemāku temperatūru.
- Temperatūra Tas ir ķermeņa daļiņu vidējās siltumenerģijas mērs.
Ir svarīgi atzīmēt, ka, lai gan siltums un siltumenerģija ir saistīti, siltums nav ķermeņa raksturīga īpašība, bet gan pārneses process, savukārt siltumenerģija ir matērijas īpašība.
Citas enerģijas, kas saistītas ar siltumenerģiju
Siltumenerģija ir saistīta ar citiem enerģijas veidiem, ļaujot to pārveidot dažādos pielietojumos. Šeit mēs detalizēti aprakstām dažas no šīm attiecībām:
Termiskā saules enerģija
Saules siltumenerģija ir atjaunojamās enerģijas veids, kas pārvērš saules enerģiju siltumā. Šo enerģijas veidu parasti izmanto uzkarsē ūdeni mājās vai ražot elektroenerģiju, izmantojot saules termoelektrostacijas.
Geotermāla enerģija
Šī enerģijas forma nāk no Zemes iekšienē uzkrātā siltuma. Ģeotermālā enerģija izmanto šo dabisko siltumu, lai ražotu elektroenerģiju vai apkuri tīrākā un ilgtspējīgākā veidā.
Elektriskā jauda
Siltumenerģiju var pārveidot par elektroenerģiju termoelektrostacijās, kur siltumu izmanto, lai radītu tvaiku un darbinātu turbīnas, kas ģenerē elektrību. Šis process ir izplatīts fosilā kurināmā vai atomelektrostacijās.
Siltumenerģijas izpēte ir būtiska, lai saprastu, kā enerģija tiek ražota un izmantota mūsu ikdienas dzīvē. No saules siltuma līdz enerģijai, ko izmantojam ēdiena gatavošanai, siltumenerģijai ir būtiska ietekme uz mūsu vidi un mūsu dzīvesveidu.