Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
На этих горячих металлических изделиях можно увидеть тепловое излучение в видимом свете.

Термическая энергия относится к нескольким различным физическим понятиям, таким как внутренняя энергия системы; тепло или физическое тепло , которые определяются как типы передачи энергии (как и работа ); или для характеристической энергии степени свободы в тепловой системе , где - температура, а - постоянная Больцмана .

Отношение к теплу и внутренней энергии [ править ]

В термодинамики , теплота является энергия в переводе в или из термодинамической системы, с помощью других механизмов , чем термодинамической работы или переноса вещества. [1] [2] [3] Тепло относится к количеству, передаваемому между системами, а не к свойству какой-либо одной системы или «содержащемуся» в ней. [4] С другой стороны, внутренняя энергия - это свойство отдельной системы. Тепло и работа зависят от способа передачи энергии, в то время как внутренняя энергия является свойством состояния системы и поэтому может быть понята, не зная, как энергия туда попала.

В статистическом механическом учете идеального газа , в котором молекулы движутся независимо между мгновенными столкновениями, внутренняя энергия представляет собой сумму кинетических энергий независимых частиц газа, и именно это кинетическое движение является источником и эффектом перенос тепла через границу системы. Для газа, который не взаимодействует с частицами, за исключением мгновенных столкновений, термин «тепловая энергия» является синонимом « внутренней энергии ». Во многих текстах по статистической физике «тепловая энергия» относится к произведению постоянной Больцмана и абсолютной температуры , также обозначаемой как . [5] 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 вносят большой вклад во внутреннюю энергию тела, но проявляются не только в температуре.

Термин «тепловая энергия» также применяется к энергии, переносимой тепловым потоком [6], хотя это также можно просто назвать теплотой или количеством тепла.

Исторический контекст [ править ]

В лекции 1847 года под названием «О материи, живой силе и тепле» 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 различные физические явления, а именно на потенциальную и кинетическую энергию частиц соответственно. [7] Он описал скрытую энергию как энергию взаимодействия в данной конфигурации частиц, то есть форму потенциальной энергии , а физическое тепло как энергию, влияющую на температуру, измеряемую термометром, за счет тепловой энергии, которую он назвал живой. сила.

Бесполезная тепловая энергия [ править ]

Если минимальная температура окружающей среды системы равна, а энтропия системы равна , то часть внутренней энергии системы не может быть преобразована в полезную работу. В этом разница между внутренней энергией и свободной энергией Гельмгольца .

См. Также [ править ]

  • Теплопередача
  • Преобразование тепловой энергии океана
  • По порядку величины (температура)
  • Хранение тепловой энергии
  • Тепловая наука

Ссылки [ править ]

  1. ^ Бэйлин, М. (1994). Обзор термодинамики , Американский институт физики, Нью-Йорк, ISBN  0-88318-797-3 , стр. 82.
  2. ^ Борн, М. (1949). Естественная философия причины и случая , Oxford University Press, Лондон, стр. 31.
  3. ^ Томас В. Лиланд, младший, Г. А. Мансури (редактор), Основные принципы классической и статистической термодинамики (PDF)
  4. ^ Роберт Ф. Шпейер (2012). Термический анализ материалов . Материаловедение. Marcel Dekker, Inc. стр. 2. ISBN 0-8247-8963-6.
  5. ^
    • Райхл, Линда Э. (2016). Современный курс статистической физики . Джон Уайли и сыновья . п. 154. ISBN 9783527690466.
    • Кардар, Мехран (2007). Статистическая физика частиц . Издательство Кембриджского университета . п. 243. ISBN 9781139464871.
    • Фейнман, Ричард П. (2000). «Вычислительные машины будущего». Избранные статьи Ричарда Фейнмана: с комментарием . World Scientific . ISBN 9789810241315.
    • Фейнман, Ричард П. (2018). Статистическая механика: Сборник лекций . CRC Press . п. 265. ISBN 9780429972669.
    • Киттель, Чарльз (2012). Элементарная статистическая физика . Курьерская корпорация . п. 60. ISBN 9780486138909.
  6. ^ Эшкрофт, Нил ; Мермин, Н. Дэвид (1976). Физика твердого тела . Харкорт . п. 20. ISBN 0-03-083993-9. Мы определяем плотность теплового тока как вектор, параллельный направлению теплового потока, величина которого дает тепловую энергию в единицу времени, пересекающую единицу площади, перпендикулярной потоку.
  7. ^ JP Joule (1884), «Материя, живая сила и тепло» , Научные документы Джеймса Прескотта Джоуля , Физическое общество Лондона, стр. 274 , получено 2 января 2013 г. , я склонен полагать, что окажется, что обе эти гипотезы верны, - что в некоторых случаях, особенно в случае явного тепла или такого, как указывает термометр, тепло будет обнаружено, что состоит в живой силе частиц тел, в которых она индуцируется; в то время как в других случаях, особенно в случае скрытой теплоты, явления возникают в результате отделения частицы от частицы, чтобы заставить их притягиваться друг к другу через большее пространство.