U prethodnim člancima vidjeli smo šta Kinetička energija I to mehanička energija. U ovim člancima smo spomenuli toplotnu energiju kao dio energije koja utječe i posjeduje dotično tijelo. Toplinska energija To je energija koju imaju sve čestice koje čine tijelo. Kada temperatura oscilira, aktivnost čestica se povećava. Ova unutrašnja energija raste kako je temperatura viša i opada kako je niža.
Sada ćemo detaljno analizirati ovu vrstu energije kako bismo dodatno upotpunili naše znanje o različitim vrstama energija koje postoje. Želite li znati više o tome? Nastavite čitati.
Karakteristike toplotne energije
Toplotna energija je energija koja se prenosi između sistema koji su na različitim temperaturama. Ona se manifestira kao toplina koju osjećamo kada, na primjer, dodirnemo površinu koja je toplija od druge. Ovaj prijenos energije uvijek ide sa toplijeg tijela na hladnije. U ovom procesu toplinska energija se distribuira sve dok oba tijela ne postignu toplinsku ravnotežu, odnosno kada su oba na istoj temperaturi.
Važna karakteristika toplotne energije je da zavisi od broja čestica koje supstanca ima i brzine kojom se kreću. Što se čestice brže kreću, veća je toplinska energija.
Ova energija je takođe povezana sa promenama u stanju materije. Na primjer, povećanjem toplinske energije čvrstog tijela, ono može doći do tačke u kojoj postaje tečnost, a ako nastavi da dobija energiju, tečnost postaje gas.
Primjeri toplotne energije
Neki primjeri dobivanja toplinske energije su sljedeći:
- Priroda i Sunce. Sunce je najveći izvor toplotne energije za koji znamo. Tijela koja su izložena sunčevoj svjetlosti, poput kamena ili vode, apsorbiraju ovu energiju i njihova temperatura raste.
- Prokuhajte vodu. Kada dovedemo toplotu na vodu, njeni molekuli počinju da se kreću brže, sve dok ne dođu do tačke ključanja. U tom trenutku voda menja stanje, prelazeći iz tečnog u gasovito.
- Dimnjaci. Kamini sagorevaju drva i druga goriva za proizvodnju toplote, što povećava toplotnu energiju okoline.
- egzotermne reakcije. Poput sagorevanja goriva ili sagorevanja benzina u motoru automobila, ove reakcije oslobađaju toplotu.
- Trenje. Kada se dvije površine trljaju jedna o drugu, trenje stvara toplinsku energiju. Primjer bi bio kada naše ruke postanu tople trljanjem jedne o drugu.
Kako se proizvodi toplotna energija?
Toplotna energija nastaje kretanjem čestica unutar tijela. Ove čestice, koje se nazivaju atomi ili molekuli, u stalnom su kretanju i što se brže kreću, to je veća količina toplotne energije koju posjeduju.
Važan koncept u proizvodnji toplotne energije je da ovo niti se stvara niti uništava, samo se transformiše. Toplinsku energiju možemo proizvesti kroz različite procese, kao što su sagorijevanje fosilnih goriva, nuklearna energija, kemijske reakcije ili jednostavno kontaktom između tijela različitih temperatura.
Kako se koristi toplotna energija?
Danas, toplotna energija ima mnogo važnih upotreba. Možemo je transformisati u druge oblike energije, kao što je električna energija, ili je koristiti direktno za proizvodnju toplote. Evo nekoliko primjera kako se koristi:
- u grijanju. Proizvodi se pomoću kotlova ili generatora koji sagorevaju gorivo za zagrijavanje vode, koja prenosi toplinu u različite dijelove kuće ili zgrade.
- Kod motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Takav je slučaj s motorima automobila, gdje sagorijevanje goriva stvara toplinsku energiju koja se pretvara u mehaničku energiju za kretanje vozila.
- U elektranama. U termoelektranama se toplinska energija proizvedena sagorijevanjem goriva koristi za zagrijavanje vode koja nastaje parom pokreće turbine koje proizvode električnu energiju.
Merenje toplotne energije
Toplotna energija se mjeri u džul (J) prema Međunarodnom sistemu jedinica, iako se može izraziti i u kalorijama. Kalorija je količina energije potrebna da se temperatura 1 grama vode podigne za 1 stepen Celzijusa. stoga, jedna kalorija je jednaka 4,184 džula.
Pored džula ili kalorija, u nekim kontekstima se koriste i druge jedinice kao npr britanska termalna jedinica (BTU), što je ekvivalentno približno 1.055 džula i koristi se u sistemima grijanja ili hlađenja.
Primjeri toplinske energije u svakodnevnom životu
Toplotna energija je prisutna u mnogim uobičajenim pojavama i uređajima. Evo nekoliko primjera:
- Kod ljudi i toplokrvnih životinja. Održavamo konstantnu tjelesnu temperaturu, što podrazumijeva kontinuirano trošenje toplinske energije koju proizvodimo razgradnjom hrane.
- Na metalima izloženim suncu. Po vrućem danu, metal automobila ili bilo koja druga metalna površina se zagrijava, apsorbirajući sunčevu toplinsku energiju.
- U kućanskim aparatima. Peći, radijatori i grijalice koriste toplinsku energiju za rad.
- Kod sagorevanja drva ili uglja. Kada zapalimo logorsku vatru ili roštilj, proizvedena toplinska energija zagrijava okoliš i kuha hranu.
Česta zabuna sa terminima kao što su toplota i temperatura
Uobičajeno je brkati toplotnu energiju sa toplotnom energijom ili toplotom. Iako su ovi pojmovi povezani, oni ne znače potpuno istu stvar:
- Toplinska energija To je ukupna energija sadržana u sistemu zbog kretanja njegovih čestica.
- Toplina To je prijenos toplinske energije sa tijela s višom temperaturom na tijelo s nižom temperaturom.
- Temperatura To je mjera prosječne toplotne energije čestica tijela.
Važno je napomenuti da, iako su toplota i toplotna energija povezane, toplota nije suštinsko svojstvo tela, već proces prenosa, dok je toplotna energija svojstvo materije.
Ostale energije vezane za toplotnu energiju
Toplotna energija je povezana s drugim oblicima energije, što omogućava njenu transformaciju u različite primjene. Ovdje ćemo detaljno opisati neke od tih odnosa:
Termalna solarna energija
Solarna toplotna energija je vrsta obnovljive energije koja pretvara sunčevu energiju u toplotu. Ova vrsta energije se obično koristi za zagrijati vodu u kućama ili za proizvodnju električne energije putem solarnih termoelektrana.
Geotermalna energija
Ovaj oblik energije dolazi iz topline pohranjene unutar Zemlje. Geotermalna energija koristi ovu prirodnu toplinu za proizvodnju električne energije ili grijanja na čišći i održiviji način.
Električna energija
Toplotna energija se može pretvoriti u električnu energiju u termoelektranama, gdje se toplina koristi za proizvodnju pare i pogon turbina koje proizvode električnu energiju, što je proces uobičajen u fosilnim gorivima ili nuklearnim elektranama.
Proučavanje toplotne energije je od suštinskog značaja za razumevanje načina na koji se energija stvara i koristi u našem svakodnevnom životu. Od toplote sunca do energije koju koristimo za kuvanje, toplotna energija ima značajan uticaj na našu okolinu i način na koji živimo.