Das Wärmeenergie oder Wärmeenergie eines Körpers ist die innere Energie, die mit seiner Temperatur verbunden ist, daher manifestiert sie sich in Form von Wärme. Das Erleben von Wärmeenergie ist sehr einfach: Reiben Sie einfach Ihre Hände, um die durch Reibung verursachte Wärme zu spüren.
Der Ursprung der Wärmeenergie liegt zum einen in der ständigen Bewegung der Teilchen auf molekularer Ebene, die ihnen kinetische Energie gibt, die mit der Bewegung verbundene Energie ist.
Andererseits haben Teilchen eine Eigenschaft, die als elektrische Ladung bezeichnet wird und nach der sie entsprechend ihrer relativen Position interagieren. Dieser Beitrag zur Wärmeenergie des Körpers ist die potentielle Energie.
Es muss betont werden, dass Wärmeenergie keine neue Energieform ist, sondern die Art und Weise, sich auf die Summe der kinetischen und potentiellen Energien eines sehr großen Partikelsystems zu beziehen. Das Maß für diese Energie ist die Temperatur. Je höher die Temperatur von etwas ist, desto mehr Wärme- oder Wärmeenergie hat es.
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Die Wärmeenergie eines Systems ist gekennzeichnet durch:
-Haben Sie die gleichen Einheiten wie Arbeit und jede andere Form von Energie.
-Einfache Übertragung von einem Material auf ein anderes unter Verwendung bestimmter grundlegender Mechanismen, die unten beschrieben werden.
-Sie können auf zwei Arten variiert werden: Zum einen durch den Austausch von Energie mit der Umwelt, in diesem Fall über die Übertragung von Wärme, und zum anderen durch Arbeiten an dem System, das Energie addiert oder subtrahiert.
Die Einheit der Wärmeenergie im internationalen System ist die Joule, abgekürzt J, zu Ehren des englischen Physikers James Prescott Joule. In Bezug auf die Wärmeenergie ist jedoch eine häufig verwendete Einheit die Kalorie.
In Bezug auf das Joule entspricht eine thermochemische Kalorie 4,1840 J und eine Kilokalorie 1000 Kalorien..
Die Wärmeenergie ist proportional zur Körpertemperatur. Ja UNDc ist die kinetische Energie und T. Temperatur ist die Proportionalitätskonstante kB. oder Boltzmann-Konstante, die mittlere kinetische Energie des Teilchens für jeden Freiheitsgrad ist durch die folgende Gleichung gegeben:
UNDc = ½ kB.∙ T.
Beispielsweise kann sich ein einatomiges Gasmolekül wie Helium oder Argon überall in einem Raum bewegen, hat also drei Freiheitsgrade und seine translatorische kinetische Energie entspricht dem Dreifachen der obigen Gleichung:
UNDc = 3/2 ∙ kB.∙ T.
In Einheiten des Internationalen Systems beträgt die Boltzmann-Konstante 1,380649 × 10−23 J / K..
Unter der Annahme, dass Gasmoleküle sehr wenig miteinander interagieren (ideales Gas) und nur eine Translationsbewegung haben, ist die innere Energie U völlig gleich der kinetischen Energie UNDc.
Wenn andere Beiträge berücksichtigt werden, wie zum Beispiel die Rotationsbewegung, wird für jede Bewegungsmöglichkeit E = ½ k ∙ T addiert.
Wenn zwei Körper mit unterschiedlichen Temperaturen in Kontakt gebracht werden, fließt die Energie spontan vom heißesten zum kältesten, bis das thermische Gleichgewicht erreicht ist und sich die Temperaturen ausgleichen.
Sobald sich ein Körper im thermischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung befindet, nimmt er so viel Wärmeenergie auf, wie er abgibt.
Oft führen diese Änderungen zu Transformationen. Zum Beispiel dehnen sich die meisten Substanzen beim Erhitzen aus und ziehen sich beim Abkühlen zusammen. Es können auch Zustandsänderungen auftreten, z. B. der Übergang von fest zu flüssig oder chemische Umwandlungen.
Die Gewinnung von Wärmeenergie ist auf verschiedene Weise möglich. Für die Erde ist die Sonne die Hauptquelle, aber die Erde selbst erzeugt selbst Wärme durch den radioaktiven Zerfall einiger instabiler Elemente.
Chemische Reaktionen und Elektrizität erzeugen auch Wärmeenergie, die genutzt werden kann.
Im Kern der meisten Sterne verschmilzt Wasserstoff, das einfachste und am häufigsten vorkommende Element im Universum, zu Helium, dem nach Wasserstoff nächst komplexesten Element. Dieser Prozess der Kernfusion, der kontinuierlich in der Sonne stattfindet, setzt große Energiemengen frei, die in Form von Licht und Wärme auf die Erde gelangen..
Die Verbrennung ist eine chemische Reaktion, die schnell Wärme abgibt. Es wird immer in Gegenwart von Sauerstoff hergestellt und erfordert ein brennbares Material wie Holz, Kohle oder Benzin. In ihnen findet ein Elektronenaustausch statt, bei dem Sauerstoff sie dem Brennstoff entzieht und dabei Licht und Wärme freisetzt..
In dem Beispiel am Anfang gibt Ihnen das Reiben Ihrer Hände bei kaltem Wetter ein beruhigendes Gefühl von Wärme. Dabei erhöht die kinetische Reibung die Energie der Partikel auf der Hautoberfläche und damit die Wärmeenergie..
Das gleiche passiert, wenn ein Buch auf einen Tisch geschoben wird und im Allgemeinen immer dann, wenn sich die berührenden Oberflächen relativ bewegen. Auf mikroskopischer Ebene erfahren die Partikel auf den beiden Oberflächen eine Zunahme ihrer kinetischen Energie, was sich in einem Temperaturanstieg niederschlägt, der einfach durch Berühren der Oberflächen wahrgenommen werden kann..
Materialien werden durch den Durchgang von elektrischem Strom erwärmt, daher fühlen sich die Kabel von Elektrogeräten, wenn sie an die Steckdose angeschlossen sind, heiß an, wenn sie die Kunststoffbeschichtung berühren. Dieses Aufwärmen wird aufgerufen Joule-Effekt.
Innerhalb der Erde gibt es instabile Elemente, die auf natürliche Weise zerfallen, dh sie vertreiben Partikel aus ihren Kernen, um sich in andere stabilere Elemente umzuwandeln. Dieser Prozess geht mit der Emission von Wärmeenergie einher, die das Innere des Planeten erwärmt..
Es gibt drei grundlegende Mechanismen für die Übertragung von Wärmeenergie, dh die Übertragung von Wärme von einem Körper auf einen anderen: Leitung, Konvektion und Strahlung.
Es kommt vorzugsweise in festen Materialien vor, deren Partikel miteinander kollidieren, ohne dass sie sich innerhalb des Materials merklich bewegen. Metalle sind dank ihrer freien Elektronen gute Wärmeleiter.
Durch diesen Prozess wird die Wärme zusammen mit Teilen des Teigs transportiert, der im Allgemeinen eine Flüssigkeit, beispielsweise eine Flüssigkeit, ist. Wenn das Wasser in einem Topf gekocht wird, erwärmt sich die Masse, die sich am Boden in der Nähe der Flamme befindet, und dehnt sich aus, sodass ihre Dichte abnimmt und die Flüssigkeit aufsteigt. So sinken die kälteren Portionen der Reihe nach, um sich zu erwärmen.
Im Gegensatz zu Leitung und Konvektion benötigt Strahlung kein Material, um sich auszubreiten, da dies durch elektromagnetische Wellen geschieht. Auf diese Weise erreicht die Wärmeenergie der Sonne die Erde durch den leeren Raum..
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