Тепловая энергия

Термин «тепловая энергия» широко используется в различных контекстах физики и техники и обычно связан с кинетической энергией вибрирующих и сталкивающихся атомов в веществе. Оно может относиться к нескольким различным физическим концепциям. К ним относятся внутренняя энергия или энтальпия материального тела и излучение; теплота , определяемая как вид передачи энергии (как и термодинамическая работа ); и характеристическая энергия степени свободы , $k_{\mathrm {B} }T$ , в системе, которая описывается с точки зрения ее микроскопических компонентов (где $T$ обозначает температуру и $k_{\mathrm {B} }$ обозначает постоянную Больцмана ).

с теплом и энергией Связь внутренней

В термодинамике , тепло — это энергия передаваемая в термодинамическую систему или из нее с помощью механизмов, отличных от термодинамической работы или переноса вещества, таких как проводимость, излучение и трение. ^[1]^[2]^[3] Теплота относится к количеству, передаваемому между системами, а не к свойству какой-либо одной системы или «содержащемуся» внутри нее. ^[4]С другой стороны, внутренняя энергия и энтальпия являются свойствами единой системы. Тепло и работа зависят от того, каким образом произошла передача энергии, тогда как внутренняя энергия является свойством состояния системы и, следовательно, ее можно понять, не зная, как туда попала энергия. ^{[ нужна цитата ]}

Макроскопическая тепловая энергия [ править ]

Внутренняя энергия тела может изменяться в процессе преобразования химической потенциальной энергии в нехимическую энергию. В таком процессе термодинамическая система может изменять свою внутреннюю энергию, совершая работу над окружающей средой или приобретая или теряя энергию в виде тепла. Не совсем разумно просто сказать, что «преобразованная химическая потенциальная энергия просто стала внутренней энергией». Однако удобнее и понятнее сказать, что «химическая потенциальная энергия превратилась в тепловую энергию». Такую тепловую энергию можно рассматривать как вклад во внутреннюю энергию или энтальпию, рассматривая этот вклад как процесс, не думая, что внесенная энергия стала идентифицируемым компонентом внутренней или энтальпической энергии. Таким образом, тепловая энергия рассматривается как «объект процесса», а не как «непреходящий физический объект». На обычном традиционном языке это выражается в словах о «теплоте реакции» . ^{[ нужна цитата ]}

Термин «тепловая энергия» также применяется к энергии, переносимой тепловым потоком. ^[5] хотя это также можно просто назвать теплом или количеством тепла. ^{[ нужна цитата ]}

Микроскопическая тепловая энергия [ править ]

В статистико-механическом описании идеального газа , в котором молекулы независимых частиц газа движутся независимо между мгновенными столкновениями, внутренняя энергия представляет собой сумму кинетических энергий , и именно это кинетическое движение является источником и следствием перенос тепла через границу системы. Для газа, в котором нет взаимодействий частиц, за исключением мгновенных столкновений, термин «тепловая энергия» фактически является синонимом « внутренней энергии ». Во многих текстах по статистической физике термин «тепловая энергия» относится к $kT$ , произведение постоянной Больцмана и абсолютной температуры , также записываемое как $k_{\text{B}}T$ . ^[6]^[7]^[8]^[9]^[10] В материале, особенно в конденсированном веществе, таком как жидкость или твердое тело, в котором составляющие частицы, такие как молекулы или ионы, сильно взаимодействуют друг с другом, энергии таких взаимодействий сильно влияют на внутреннюю энергию тела. но не просто проявляются в температуре. ^{[ нужна цитата ]}

Исторический контекст [ править ]

В лекции 1847 года под названием «О материи, живой силе и теплоте» Джеймс Прескотт Джоуль охарактеризовал различные термины, тесно связанные с тепловой энергией и теплом. Он определил термины «скрытое тепло» и «явное тепло» как формы тепла, каждая из которых влияет на отдельные физические явления, а именно на потенциальную и кинетическую энергию частиц соответственно. ^[11] Он описал скрытую энергию как энергию взаимодействия в данной конфигурации частиц, т.е. форму потенциальной энергии, а явную теплоту как энергию, влияющую на температуру, измеряемую термометром, за счет тепловой энергии, которую он назвал живой силой. ^{[ нужна цитата ]}

Бесполезная тепловая энергия [ править ]

Если минимальная температура окружающей среды системы $T_{\text{e}}$ и энтропия системы равна $S$ , то часть внутренней энергии системы, равная $S\cdot T_{\text{e}}$ не может быть превращено в полезную работу. В этом разница между внутренней энергией и свободной энергией Гельмгольца . ^{[ нужна цитата ]}

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Бейлин, М. (1994). Обзор термодинамики , Американский институт физики, Нью-Йорк, ISBN 0-88318-797-3 , с. 82.
^ Борн, М. (1949). Естественная философия причины и шанса , Oxford University Press, Лондон, стр. 31.
^ Томас В. Леланд младший, Г.А. Мансури (редактор), Основные принципы классической и статистической термодинамики (PDF) , заархивировано (PDF) из оригинала 28 сентября 2011 г. , получено 2 января 2014 г.
^ Роберт Ф. Спейер (2012). Термический анализ материалов . Материаловедение. Марсель Деккер, Inc. с. 2. ISBN 978-0-8247-8963-3 .
^ Эшкрофт, Нил ; Мермин, Н. Дэвид (1976). Физика твердого тела . Харкорт . п. 20. ISBN 0-03-083993-9 . Определим плотность теплового тока ${\bf {j}}^{q}$ быть вектором, параллельным направлению теплового потока, величина которого дает тепловую энергию в единицу времени, пересекающую единичную площадь, перпендикулярную потоку.
^ Райхл, Линда Э. (2016). Современный курс статистической физики . Джон Уайли и сыновья . п. 154. ИСБН 9783527690466 .
^ Кардар, Мехран (2007). Статистическая физика частиц . Издательство Кембриджского университета . п. 243. ИСБН 9781139464871 .
^ Фейнман, Ричард П. (2000). «Вычислительные машины будущего». Избранные статьи Ричарда Фейнмана: с комментариями . Всемирная научная . ISBN 9789810241315 .
^ Фейнман, Ричард П. (2018). Статистическая механика: Комплект лекций . ЦРК Пресс . п. 265. ИСБН 9780429972669 .
^ Киттель, Чарльз (2012). Элементарная статистическая физика . Курьерская компания . п. 60. ИСБН 9780486138909 .
^ Дж. П. Джоуль (1884), «Материя, живая сила и тепло» , «Научные статьи Джеймса Прескотта Джоуля» , Лондонское физическое общество, стр. 274 , получено 2 января 2013 г. , я склонен полагать, что обе эти гипотезы окажутся верными — что в некоторых случаях, особенно в случае явного тепла или такого, которое показывает термометр, тепло будет Оказалось, что оно состоит в живой силе частиц тел, в которых она индуцируется; в то время как в других, особенно в случае скрытой теплоты, явления возникают в результате отделения частицы от частицы, что заставляет их притягиваться друг к другу через большее пространство.

[1] Бейлин, М. (1994). Обзор термодинамики , Американский институт физики, Нью-Йорк, ISBN 0-88318-797-3 , с. 82.

[2] Борн, М. (1949). Естественная философия причины и шанса , Oxford University Press, Лондон, стр. 31.

[leland-3] Томас В. Леланд младший, Г.А. Мансури (редактор), Основные принципы классической и статистической термодинамики (PDF) , заархивировано (PDF) из оригинала 28 сентября 2011 г. , получено 2 января 2014 г.

[speyer-4] Роберт Ф. Спейер (2012). Термический анализ материалов . Материаловедение. Марсель Деккер, Inc. с. 2. ISBN 978-0-8247-8963-3 .

[5] Эшкрофт, Нил ; Мермин, Н. Дэвид (1976). Физика твердого тела . Харкорт . п. 20. ISBN 0-03-083993-9 . Определим плотность теплового тока ${\bf {j}}^{q}$ быть вектором, параллельным направлению теплового потока, величина которого дает тепловую энергию в единицу времени, пересекающую единичную площадь, перпендикулярную потоку.

[6] Райхл, Линда Э. (2016). Современный курс статистической физики . Джон Уайли и сыновья . п. 154. ИСБН 9783527690466 .

[7] Кардар, Мехран (2007). Статистическая физика частиц . Издательство Кембриджского университета . п. 243. ИСБН 9781139464871 .

[8] Фейнман, Ричард П. (2000). «Вычислительные машины будущего». Избранные статьи Ричарда Фейнмана: с комментариями . Всемирная научная . ISBN 9789810241315 .

[9] Фейнман, Ричард П. (2018). Статистическая механика: Комплект лекций . ЦРК Пресс . п. 265. ИСБН 9780429972669 .

[10] Киттель, Чарльз (2012). Элементарная статистическая физика . Курьерская компания . п. 60. ИСБН 9780486138909 .

[11] Дж. П. Джоуль (1884), «Материя, живая сила и тепло» , «Научные статьи Джеймса Прескотта Джоуля» , Лондонское физическое общество, стр. 274 , получено 2 января 2013 г. , я склонен полагать, что обе эти гипотезы окажутся верными — что в некоторых случаях, особенно в случае явного тепла или такого, которое показывает термометр, тепло будет Оказалось, что оно состоит в живой силе частиц тел, в которых она индуцируется; в то время как в других, особенно в случае скрытой теплоты, явления возникают в результате отделения частицы от частицы, что заставляет их притягиваться друг к другу через большее пространство.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

v т Это Энергия
История Индекс Контур
Фундаментальный концепции	Сохранение энергии Энергетика Энергия Единицы Энергетическое состояние Уровень энергии Энергетическая система Преобразование энергии Энергетический переход Масса Отрицательная масса Эквивалент массы и энергии Власть Термодинамика Энтальпия Энтропийная сила Энтропия Эксергия Свободная энтропия Теплоемкость Теплопередача Необратимый процесс Изолированная система Законы термодинамики Негэнтропия Квантовая термодинамика Тепловое равновесие Термальный резервуар Термодинамическое равновесие Термодинамическая свободная энергия Термодинамический потенциал Термодинамическое состояние Термодинамическая система Термодинамическая температура Объем (термодинамика) Работа
Типы	Связывание Ядерный Химическая Темный Эластичный Электрическая потенциальная энергия Электрический Гравитационный Связывание Межатомный потенциал Внутренний Ионизация Кинетический Магнитный Механический Отрицательный Фантом Потенциал Энергия связи квантовой хромодинамики Квантовая флуктуация Квантовый потенциал Квинтэссенция Сияющий Отдых Звук Поверхность Термальный Вакуум Нулевая точка
Энергоносители	Батарея Конденсатор Электричество Энтальпия Топливо Ископаемое Масло Нагревать Скрытая теплота Водород Водородное топливо Механическая волна Радиация Звуковая волна Работа
Первичная энергия	Биоэнергетика Ископаемое топливо Уголь Натуральный газ Нефть Геотермальный Гравитационный Гидроэнергетика морской Ядерное топливо Природный уран Сияющий Солнечная Ветер
Энергетическая система компоненты	Биомасса Электроэнергия Доставка электроэнергии Энергетика Электростанция, работающая на ископаемом топливе Когенерация Комплексный комбинированный цикл газификации Геотермальная энергия Гидроэнергетика Гидроэлектроэнергия Приливная сила Волновая ферма Атомная энергия Атомная электростанция Радиоизотопный термоэлектрический генератор Нефтеперегонный завод Солнечная энергия Концентрированная солнечная энергия Фотоэлектрическая система Солнечная тепловая энергия Солнечная печь Солнечная энергетическая башня Ветровая энергия Воздушная энергия ветра Ветряная электростанция
Используйте и поставлять	Эффективное использование энергии сельское хозяйство Вычисление Транспорт Энергосбережение Потребление энергии Энергетическая политика Развитие энергетики Энергетическая безопасность Хранилище энергии Возобновляемая энергия Устойчивая энергетика Мировое энергоснабжение и потребление Африка Азия Австралия Канада Европа Мексика Южная Америка Соединенные Штаты
Разное.	Углеродный след Парадокс Джевонса
Категория Коммонс Портал ВикиПроект