Definicja i przykłady energii cieplnej

Większość ludzi używa słowa ciepło do opisania czegoś, co jest ciepłe, jednak w nauce równania termodynamiczne, w szczególności ciepło definiuje się jako przepływ energii między dwoma układami za pomocą energia kinetyczna. Może to przybrać formę przesyłania energii z ciepłego obiektu do chłodniejszego obiektu. Mówiąc prościej, energia cieplna, zwana także energią cieplną lub po prostu ciepło, jest przenoszona z jednego miejsca do drugiego przez cząstki odbijające się od siebie. Cała materia zawiera energię cieplną i im więcej energii cieplnej jest obecne, tym cieplejszy będzie przedmiot lub obszar.

Różnica między ciepłem a temperatura jest subtelny, ale bardzo ważny. Ciepło odnosi się do transferu energii między układami (lub ciałami), podczas gdy temperatura zależy od energii zawartej w pojedynczym układzie (lub ciele). Innymi słowy, ciepło jest energią, a temperatura miarą energii. Dodanie ciepła podniesie temperaturę ciała, podczas gdy usunięcie ciepła obniży temperaturę, dlatego zmiany temperatury są wynikiem obecności ciepła lub odwrotnie - braku ciepła.

Możesz zmierzyć temperaturę w pomieszczeniu, umieszczając termometr w pomieszczeniu i mierząc temperaturę powietrza otoczenia. Możesz dodać ciepło do pomieszczenia, włączając grzejnik. Gdy ciepło jest dodawane do pomieszczenia, temperatura rośnie.

Cząsteczki mają więcej energii w wyższych temperaturach, a gdy energia ta jest przenoszona z jednego systemu do drugiego, szybko poruszające się cząstki zderzą się z wolniej poruszającymi się cząsteczkami. Gdy się zderzają, szybsza cząstka przeniesie część swojej energii do wolniejszej cząstki, a proces będzie kontynuowany, aż wszystkie cząstki będą działały z tą samą prędkością. Nazywa się to równowagą termiczną.

The Jednostka SI bowiem ciepło jest formą energii zwaną dżulową (J). Ciepło jest często mierzone również w kaloriach (calach), które są definiowane jako „ilość ciepła wymagana do podniesienia temperatury jednego grama wody z 14,5 stopnia Celsjusza do 15,5 stopnia Celsjusz„Czasami ciepło mierzy się także w„ brytyjskich jednostkach cieplnych ”lub Btu.

W równaniach fizycznych ilość przenoszonego ciepła jest zwykle oznaczona symbolem Q. Przenikanie ciepła może być wskazywane przez liczbę dodatnią lub ujemną. Ciepło uwalniane do otoczenia jest zapisywane jako wielkość ujemna (Q <0). Kiedy ciepło jest pochłaniane z otoczenia, jest zapisywane jako wartość dodatnia (Q> 0).

Istnieją trzy podstawowe sposoby przekazywania ciepła: konwekcja, przewodzenie i promieniowanie. Wiele domów jest ogrzewanych w procesie konwekcji, który przenosi energię cieplną przez gazy lub ciecze. W domu, gdy powietrze jest podgrzewane, cząstki zyskują energię cieplną, pozwalając im poruszać się szybciej, ogrzewając chłodniejsze cząstki. Ponieważ gorące powietrze jest mniej gęste niż zimne, wzrośnie. Gdy spada chłodniejsze powietrze, może zostać wciągnięte do naszych systemów grzewczych, które ponownie umożliwią szybszym cząsteczkom podgrzanie powietrza. Jest to uważane za kołowy przepływ powietrza i nazywane jest prądem konwekcyjnym. Prądy te krążą i ogrzewają nasze domy.

Proces przewodzenia polega na przenoszeniu energii cieplnej z jednego ciała stałego na drugie, w zasadzie dwie rzeczy, które się dotykają. Widzimy przykład tego, kiedy gotujemy na kuchence. Kiedy kładziemy fajną patelnię na gorący palnik, energia cieplna jest przenoszona z palnika na patelnię, która z kolei nagrzewa się.

Promieniowanie jest procesem, w którym ciepło przepływa przez miejsca, w których nie ma molekuł, i w rzeczywistości jest formą energii elektromagnetycznej. Każdy przedmiot, którego ciepło można odczuć bez bezpośredniego połączenia, promieniuje energią. Widać to w upale słońca, w odczuciu ciepła dochodzącego z ogniska oddalonego o kilka stóp, a nawet w fakt, że pokoje pełne ludzi będą naturalnie cieplejsze niż puste pokoje, ponieważ ciało każdej osoby promieniuje ciepło.