stringtranslate.com

Тепловая энергия

На этой горячей металлической конструкции можно увидеть тепловое излучение в видимом свете, вызванное излучением абсолютно черного тела .

Термин « тепловая энергия » часто используется неоднозначно в физике и технике. [1] Он может обозначать несколько различных физических концепций, в том числе:

Марк Земански (1970) утверждал, что термин «тепловая энергия» лучше избегать из-за его двусмысленности. Он предлагает использовать более точные термины, такие как «внутренняя энергия» и «тепло», чтобы избежать путаницы. [1] Однако этот термин используется в некоторых учебниках. [2]

Связь между теплом и внутренней энергией

В термодинамике тепло — это энергия, передаваемая в термодинамическую систему или из нее с помощью механизмов, отличных от термодинамической работы или переноса материи, таких как проводимость, излучение и трение. [3] [4] Тепло относится к количеству, передаваемому между системами, а не к свойству какой-либо одной системы или «содержащемуся» в ней; с другой стороны, внутренняя энергия и энтальпия являются свойствами одной системы. Тепло и работа зависят от способа, которым происходит перенос энергии. Напротив, внутренняя энергия является свойством состояния системы и, таким образом, может быть понята без знания того, как энергия попала туда. [5]

Макроскопическая тепловая энергия

В дополнение к микроскопическим кинетическим энергиям его молекул, внутренняя энергия тела включает химическую энергию, принадлежащую отдельным молекулам, и глобальную совместную потенциальную энергию, участвующую во взаимодействиях между молекулами и т.п. [6] Тепловая энергия может рассматриваться как вклад во внутреннюю энергию или в энтальпию.

Химическая внутренняя энергия

Внутренняя энергия тела может изменяться в процессе, в котором химическая потенциальная энергия преобразуется в нехимическую энергию. В таком процессе термодинамическая система может изменять свою внутреннюю энергию, выполняя работу над своим окружением или приобретая или теряя энергию в виде тепла. Не совсем ясно просто сказать, что «преобразованная химическая потенциальная энергия просто стала внутренней энергией». Однако иногда удобно говорить, что «химическая потенциальная энергия была преобразована в тепловую энергию». Это выражается на обычном традиционном языке, говоря о «тепле реакции» . [7]

Потенциальная энергия внутренних взаимодействий

В теле материала, 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. Тем не менее, они не сразу проявляются в кинетической энергии молекул, как это проявляется в температуре. Такие энергии взаимодействия можно рассматривать как вклады в глобальные внутренние микроскопические потенциальные энергии тела. [8]

Микроскопическая тепловая энергия

В статистическом механическом описании идеального газа , в котором молекулы движутся независимо между мгновенными столкновениями, внутренняя энергия является просто суммой кинетических энергий независимых частиц газа , и именно это кинетическое движение является источником и следствием передачи тепла через границу системы. Для газа, который не имеет взаимодействий частиц, за исключением мгновенных столкновений, термин «тепловая энергия» фактически является синонимом « внутренней энергии ». [9]

Во многих текстах по статистической физике «тепловая энергия» означает , произведение постоянной Больцмана и абсолютной температуры , также записываемое как . [10] [11] [12] [13]

Плотность теплового тока

При отсутствии сопутствующего потока вещества термин «тепловая энергия» также применяется к энергии, переносимой тепловым потоком. [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Zemansky, Mark W. (1970-09-01). «Использование и неправильное использование слова «тепло» в преподавании физики». The Physics Teacher . 8 (6): 295–300. Bibcode : 1970PhTea...8..295Z. doi : 10.1119/1.2351512. ISSN  0031-921X.
  2. ^ Например: Knight, Randall Dewey (2008). Физика для ученых и инженеров . Сан-Франциско: Pearson Addison Wesley. ISBN 978-0-8053-2736-6. OCLC  148732206.
  3. ^ Бейлин, М. (1994). Обзор термодинамики , Издательство Американского института физики, Нью-Йорк, ISBN 0-88318-797-3 , стр. 82. 
  4. ^ Борн, М. (1949). Естественная философия причины и случая, Oxford University Press, Лондон, стр. 31.
  5. ^ Роберт Ф. Шпейер (2012). Термический анализ материалов . Материаловедение. Marcel Dekker, Inc. стр. 2. ISBN 978-0-8247-8963-3.
  6. ^ Байерлейн, Р. (1999). Теплофизика. Cambridge University Press. стр. 8 –. ISBN 978-0-521-65838-6.
  7. ^ Андерсон, GM (2005). Термодинамика природных систем , 2-е издание, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-84772-8 , стр. 7: «Мы также отмечаем, что какой бы вид энергии ни уменьшался (мы называем его «химической энергией»), это не просто тепловая энергия». 
  8. ^ Байерлейн, Р. (1999). Теплофизика. Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-65838-6.страница 8: «межмолекулярная потенциальная энергия (в основном электрического происхождения)».
  9. ^ Киттель, Чарльз (2012). Элементарная статистическая физика . Courier Corporation . стр. 60. ISBN 9780486138909.
  10. ^ Райхл, Линда Э. (2016). Современный курс статистической физики . John Wiley and Sons . стр. 154. ISBN 9783527690466.
  11. ^ Кардар, Мехран (2007). Статистическая физика частиц . Cambridge University Press . стр. 243. ISBN 9781139464871.
  12. ^ Фейнман, Ричард П. (2000). "Вычислительные машины в будущем". Избранные статьи Ричарда Фейнмана: с комментариями . World Scientific . ISBN 9789810241315.
  13. ^ Фейнман, Ричард П. (2018). Статистическая механика: набор лекций . CRC Press . стр. 265. ISBN 9780429972669.
  14. ^ Эшкрофт, Нил ; Мермин, Н. Дэвид (1976). Физика твердого тела . Харкорт . стр. 20. ISBN 0-03-083993-9. Мы определяем плотность теплового тока как вектор, параллельный направлению теплового потока, величина которого дает тепловую энергию за единицу времени, пересекающую единичную площадь, перпендикулярную потоку.