77
Energia termiczna, zwana też energią cieplną to ta część energii wewnętrznej układu, która może być przekazywana innemu układowi w formie ciepła.
Wszystkie ciała posiadają określoną energię wewnętrzną, która jest związana, z chaotycznym ruchem i drganiami wszystkich cząstek tworzących to ciało. Energia wewnętrzna ciał jest wprost proporcjonalna do ich temperatury. Ta część energii wewnętrznej, która może być bezpośrednio, spontanicznie wymieniana między ciałami jest nazywana energią termiczną. Jeśli między ciałami o różnej temperaturze następuje odpowiedni kontakt, część energii wewnętrznej ciała o wyższej temperaturze przepływa spontanicznie do ciała o temperaturze niższej, aż do wyrównania temperatur obu ciał. Ilość energii która przepłynęła w ramach tego procesu równoważna jest ilości ciepła jaką oba ciała między sobą wymieniły. Energia swobodna przemian, które odbywają się tylko poprzez zmiany energii kinetycznej ruchu cząsteczek, jest dokładnie równa co do wartości ciepłu tych przemian i dlatego często całkowicie utożsamia się te pojęcia. Trzeba jednak pamiętać, że ciepło może przepływać także w procesach, które nie ograniczają się tylko do zmian energii kinetycznej cząstek.
Bardzo częstym błędem jest utożsamianie ciepła z całą energią termiczną, bądź wewnętrzną ciała. Ciepło, podobnie jak praca jest wielkością związaną z przekazywaniem energii, a nie formą energii jako taką. Pierwsza zasada termodynamiki, określająca podstawową zasadę przepływu ciepła może być poprawnie zrozumiana dopiero wtedy gdy jasno rozgraniczy się pojęcie ciepła i związanej z nim energii termicznej.
Zobacz też: wymiennik ciepła, energia, inżynieria energetyczna, ciepłownia, kolektor słoneczny
Temperatura to funkcja stanu w termodynamice, która podobnie jak ciepło jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ.
Temperatura jest miarą "chęci" do dzielenia się ciepłem. Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś mają różną temperaturę, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej - aż do wyrównania się temperatur obu ciał.
Ciepło w termodynamice to forma przekazywania energii termicznej. Relacja między energią termiczną a ciepłem jest taka sama jak między pracą i energią w mechanice. Cieplnym odpowiednikiem określenia "wykonanie pracy na układzie" jest określenie "wystąpienie przepływu ciepła".
Ciepło przepływa między ciałami, które znajdują się w stosunku do siebie w nierównowadze termicznej, zwykle wtedy, gdy posiadają one różną temperaturę. W niektórych, szczególnych przypadkach może ono jednak także przepływać między ciałami o tej samej temperaturze.
Czasami, przez ciepło rozumie się odczucie zadowolenia z przystosowania się organizmu do aktualnych warunków termicznych otoczenia. Naukowo to odczucie nazywa się komfortem cieplnym.
Przewodność cieplna, inaczej współczynnik przewodzenia ciepła, określa zdolność substancji do przewodzenia ciepła. W tych samych warunkach więcej ciepła przepłynie przez substancję o większym współczynniku przewodności cieplnej.
Wymiana cieplna (ciepła) - jeden ze sposobów (dwóch, drugim jest praca) wymiany energii wewnętrznej w układach termodynamicznych.
Efektem wymiany cieplnej jest zwykle (choć nie zawsze) zmiana temperatury ciał - ciało o temperaturze wyższej "oddaje temperaturę" ciału o temperaturze niższej, co prowadzi do osiągnięcia równowagi.
Jednostką ilości ciepła w układzie SI jest dżul (dawniej była to kaloria).
Wymiana ciepła zachodzi na jeden z trzech podstawowych sposobów:
przewodzenie ciepła podczas chaotycznego ruchu cząsteczek oraz zderzeń z cząsteczkami innego ciała zmianie ulega energia wewnętrzna cząsteczek.
konwekcja (unoszenie ciepła) ma miejsce gdy przenoszenie ciepła następuje w wyniku poruszania się ciała lub jego fragmentów.
naturalna
wymuszona
promieniowanie cieplne polega na przenoszeniu energii promieniowania elektromagnetycznego. Wymiana ciepła przez promieniowanie nie wymaga obecności ośrodka pomiędzy ciałami, którymi ciepło jest wymieniane, czyli może zachodzić w próżni.
Sposoby te mogą występować na raz co powoduje powstanie zjawiska złożonych mechanizmów wymiany. Zalicza się do nich m.in:
przejmowanie ciepła jest połączeniem przewodzenia i unoszenia ciepła, czyli dwóch z trzech podstawowych mechanizmów wymiany ciepła. Jest to model przyjmwany przy badaniu zjawisk o niewysokiej temperaturze, w których promieniowanie nie ma znaczenia. Z przejmowaniem ciepła mamy do czynienia na granicy ciała stałego i płynu.
przenikanie ciepła jest modelem podobnym do przejmowania ciepła, różniącym się tym że przy przenikaniu płyn znajduje się z dwóch stron ciała stałego.
przejmowanie ciepła i promieniowanie
przenikanie ciepła i promieniowanie
Prawo Fouriera mówi, że ilość przewodzonego ciepła jest proporcjonalna do spadku temperatury, czasu, i pola przekroju prostopadłego do kierunku rozchodzenia się ciepła.