Home » Misc » Тепловая энергия

Тепловая энергия


Тепловая энергия, потребление, использование теплоэнергии

  1. Как используется теплоэнергия

Тепловая энергия – одна из форм энергии, которая образуется в результате движения частиц, составляющих предмет.

Сегодня в мире используются различные способы получения тепловой энергии:

  • Сжигание органических расходных материалов
  • Использование тепла грунта
  • Использование солнечной теплоэнергии
  • Получение тепла в результате естественных химических реакций
  • Использование биореакторов

В случае со сжиганием органических материалов, тепловая энергии – один из продуктов процесса горения. Теплоэнергия, полученная таким образом, может преобразовываться в электроэнергию на специальных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и теплоэлектростанциях (ТЭС). Чаще всего в качестве расходного материала используется уголь или газ. Также могут использоваться в данных целях различные биомассы. Нефть практически не используется для получения тепловой энергии и преобразования её в электрическую. Традиционные способы получения теплоэнергии хоть и являются наиболее распространёнными, всё же активно критикуются в современном обществе. В основе критики находятся постулаты о необходимости бережного отношения к природе и недопустимости иссякания природных ресурсов.

Использование тепла непосредственно Земли – достаточно экологичный способ добычи теплоэнергии. Геотермальные источники бывают двух типов:

  • Естественные
  • Искусственные

В процессе получения теплоэнергии используются паровые турбины и иные тепловые машины.

Получение тепла от солнечных лучей не стало популярным в глобальных масштабах. Тем не менее, работы в данном направлении продолжают вестись, и инженеры активно сотрудничают с архитекторами и экологами при создании энергопроизводящих домов и иных сооружений.

Получение тепла в результате естественных химических реакций (гниение, брожение и пр.), а также получение тепловой энергии с помощью биореакторов тоже пока не получили значительной популярности в мире. Количество теплоты, получаемой в результате такого производства, крайне мало в сравнении с другими способами получения теплоэнергии.

Источником тепловой энергии является специальная энергоустановка. Для увеличения тепловой энергии может различным образом использоваться сила трения.

«Жизненный цикл» тепловой энергии выглядит следующим образом:

  1. производство
  2. передача
  3. потребление

В случае, если тепловая энергия не перерабатывается в электрическую, она используется для следующих нужд:

  • Отопление жилых и нежилых помещений
  • Горячее водоснабжение

Единицей измерения теплоэнергии является гигакалория (Гкал).

Для расчёта тепловой энергии, используемой для нужд отопления, используется следующая формула:

Q = V * ( T1 – T2 ) / 1000

Q – количество теплоэнергии

V – количество использованной горячей воды (в кубах)

Т1 – температура горячей воды

Т2 – температура холодной воды

В Беларуси основным способом получения теплоэнергии является сжигание природных ископаемых, там не менее, ведутся активные работы по экологизации данной отрасли энергетики. Что касается использования геотермальных ресурсов, то потенциал Беларуси в данной области достаточно низок – термальные воды расположены глубоко, из температура недостаточно высока, зато высок уровень минерализации. Использование солнечных батарей в промышленных масштабах не представляется эффективной методикой из-за особенностей климата Беларуси и относительно небольшого количества солнечных дней в году.

Как осуществляется производство (генерация) электрической энергии?

Производство (Генерация) электроэнергии — это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями. В настоящее время существуют следующие виды генерации:

Тепловая электроэнергетика. В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив. К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС), которые бывают двух основных видов:

Конденсационные (КЭС, также используется старая аббревиатура ГРЭС). Конденсационной называют не комбинированную выработку электрической энергии;

Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ). Теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции;

КЭС и ТЭЦ имеют схожие технологические процессы. В обоих случаях имеется котёл, в котором сжигается топливо и за счёт выделяемого тепла нагревается пар под давлением. Далее нагретый пар подаётся в паровую турбину, где его тепловая энергия преобразуется в энергию вращения. Вал турбины вращает ротор электрогенератора — таким образом энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, которая подаётся в сеть. Принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения;

Ядерная энергетика. К ней относятся атомные электростанции (АЭС). На практике ядерную энергетику часто считают подвидом тепловой электроэнергетики, так как, в целом, принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе. Дальше схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: пар нагревается в реакторе, поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС нерентабельно использовать в комбинированной выработке, хотя отдельные эксперименты в этом направлении проводились;

Гидроэнергетика. К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности (т. н. верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора. Особой разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы;

Альтернативная энергетика. К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:

Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;

Гелиоэнергетика — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;

Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время;

Геотермальная энергетика — использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. По сути геотермальные станции представляют собой обычные ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара является не котёл или ядерный реактор, а подземные источники естественного тепла. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где естественные источники тепла наиболее доступны;

Водородная энергетика — использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах;

Стоит также отметить альтернативные виды гидроэнергетики: приливную и волновую энергетику. В этих случаях используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения слишком многих факторов при проектировании электростанции: необходимо не просто морское побережье, но такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильны и постоянны. Например, побережье Чёрного моря не годится для строительства приливных электростанций, так как перепады уровня воды Чёрном море в прилив и отлив минимальны.

 

Вернуться назад

 

Тепловая энергия - Банк знаний

Почувствуй горение

Тепло или тепловая энергия

Тепловая энергия (также называемая тепловой энергией ) образуется при повышении температуры 40000 молекул на 40009 двигаться быстрее и столкнуться друг с другом.

Энергия, которая исходит от температуры нагретого вещества, называется тепловой энергией.

Тепловая энергия - наука для детей

Что такое тепловая энергия?

Тепловая энергия – это энергия, исходящая от вещества, молекулы и атомы которого вибрируют быстрее из-за повышения температуры.

Как производится тепловая энергия?

Молекулы и атомы, составляющие материю, все время движутся. Когда вещество нагревается, повышение температуры заставляет эти частицы двигаться быстрее и сталкиваться друг с другом.

Тепловая энергия – это энергия, исходящая от нагретого вещества. Чем горячее вещество, тем больше движутся его частицы и тем выше его тепловая энергия.

Приведите несколько примеров тепловой энергии?

Вот несколько повседневных примеров тепловой энергии, с которыми вы будете знакомы:

Солнечное тепло

Чашка горячего шоколада*

Выпечка в духовке

Тепло от нагревателя

*Давайте подумаем о чашке горячего шоколада. ..

Горячий шоколад получает тепловую энергию от вибрирующих частиц. Когда вы наливаете немного холодного молока в свой горячий шоколад, часть этой энергии передается от шоколада частицам в молоке.

Так что же происходит? Ваш горячий шоколад остывает, потому что он отдает часть своей тепловой энергии молоку.
Чай получает тепловую энергию от вибрирующих частиц. Когда вы наливаете немного холодного молока в горячий чай, часть этой энергии передается от чая частицам в молоке.

Поскольку холодные частицы нагреваются, они содержат больше энергии, поэтому вибрируют и разделяются.

Некоторые вещества превращаются из твердых в жидкие и газообразные по мере того, как их частицы нагреваются, вибрируют и разделяются.

Кипячение чайника является примером как тепловой, так и кинетической энергии.

Тепловая энергия исходит от вещества, молекулы и атомы которого вибрируют быстрее из-за повышения температуры.

Тепловая энергия — другое название тепловой энергии.

Кинетическая энергия — это энергия движущегося объекта. Поскольку тепловая энергия исходит от движущихся частиц, это форма кинетической энергии.

Вы когда-нибудь обжигали руку, поднимая что-то горячее?
Это потому, что тепловая энергия передается от горячего объекта к вашей коже. Ой!

Кипячение воды на плите является примером использования тепловой энергии.

Тепловая энергия вырабатывается, когда атомы и молекулы в веществе вибрируют быстрее из-за повышения температуры.

Отнеси это в класс!
Готовое содержание учебного плана.

Тепловая энергия | Руководство для начинающих

Тепловая энергия — это вид энергии, возникающий в результате движения атомных и молекулярных частиц внутри вещества. Впервые он был открыт в 1847 году английским физиком и математиком Джеймсом Прескоттом Джоулем, в честь которого названы единица энергии и закон Джоуля.

Джоуль наткнулся на тепловую энергию, экспериментируя с преобразованием механической энергии. И механическая, и тепловая энергия в значительной степени зависят от кинетической энергии или энергии движения.

Джоуль понял, что чем больше он манипулирует скоростью вещества, тем выше становится его температура. Из-за этого тепловую энергию часто называют тепловой энергией, но это не совсем одно и то же.

В этой статье мы обсудим термодинамику, что такое тепловая энергия и как она связана с внутренней энергией и газом. Мы также поговорим о том, как работает тепло, почему тепловая энергия важна и как она влияет на окружающую среду.

Что такое термодинамика?

Взаимосвязь между теплом и тепловой энергией широко изучалась и называется термодинамикой или изучением преобразования энергии.

Термодинамика построена вокруг четырех законов:  

  • Нулевой закон гласит, что если одна из двух систем с равным тепловым потоком сталкивается с третьей системой; все три системы будут иметь одинаковый тепловой поток.
  • Первый закон термодинамики также называют законом сохранения энергии. Этот закон гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Тепло от источника будет равно теплу, используемому в системе, и только тепловая энергия может быть преобразована в другие формы энергии.
  • Второй закон термодинамики гласит, что ни одна закрытая система никогда не останется прежней. Энтропия изолированной системы всегда будет возрастать. Энтропия — это величина, отражающая отсутствие тепловой энергии системы для преобразования в механическую работу; это также понимается как степень случайности в системе. Взаимодействующие системы с разными температурами будут испытывать тепловой поток до тех пор, пока обе температуры не станут одинаковыми. Система с более высокой температурой будет передавать тепло до тех пор, пока оно не сравняется с теплом более холодного объекта. Например, кубик льда не станет холоднее, а скорее, взаимодействуя с системой своего более теплого окружения, он будет таять, в конечном итоге достигая той же температуры, что и окружающая среда.
  • Третий закон термодинамики говорит нам, что энтропия тепловой энергетической системы будет иметь постоянное значение, когда температура достигнет абсолютного нуля.

По данным Управления энергетической информации, закон Джоуля — это «Скорость выделения тепла постоянным током в любой части электрической цепи, которая пропорциональна сопротивлению и квадрату тока, или внутренней энергии идеальный газ зависит только от его температуры».

Что такое тепловая энергия и как она связана с внутренней энергией?

Тепловая энергия является одним из шести основных видов энергии. Это:  

  • Химическая энергия 
  • Атомная энергия
  • Лучистая энергия
  • Механическая энергия 
  • Электроэнергия 
  • Тепловая энергия  

Термины «тепловая энергия» и «тепловая энергия» часто используются взаимозаменяемо, поскольку оба они связаны с мощностью, создаваемой теплом.

Однако тепловая энергия относится к накопленной или полной внутренней энергии температуры системы, а тепло представляет собой передачу тепловой энергии.

Температура — это средняя кинетическая энергия внутри объекта. Обычно его измеряют по трем шкалам: Фаренгейта (F), Цельсия (C) и Кельвина (K).

Суммарная кинетическая энергия молекул в сочетании с потенциальной энергией атомов при движении называется внутренней энергией.

Внутренняя энергия – это кинетическая энергия и потенциальная энергия системы в целом.

Внутренняя энергия использует ту же систему единиц, что и энергия – джоуль.

Джоуль — это международная система единиц энергии и работы, равная работе, используемой для создания силы, достаточной для перемещения движущегося объекта на расстояние в один метр.

Если термодинамическая система находится в состоянии теплового равновесия, она будет содержать внутреннюю энергию.

Внутренняя энергия системы будет функционировать как переменная. Таким образом, изменение внутренней энергии будет равняться подводимой теплопередаче и работе, произведенной при работе системы.

Что такое тепловая энергия и чем она отличается от тепловой энергии?

Лучшее понимание различий между тепловой энергией, температурой и тепловой энергией дает термодинамика.

Тепловая энергия – это передача, колебательное движение или поток тепловой энергии.

Как упоминалось выше, тепловая энергия — это полная энергия системы, учитывающая все частицы, содержащиеся в веществе.

Средняя кинетическая энергия этих частиц — энергия движения — это температура.

Нагрев и температура разные. Тепловая энергия может передаваться между веществами при постоянной температуре, также известной как скрытая теплота.

Теплоемкость часто измеряется в британских тепловых единицах (БТЕ). Количество БТЕ отражает теплоемкость источника топлива и энергии.

Точнее, это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на 1°F (-17,22°C) в жидком состоянии и при максимальной плотности.

Эта температура составляет около 39°F (33,88889°C).

БТЕ (одна БТЕ равна примерно 1055 Дж) используется потому, что она является частью международной системы единиц (также известной как единица СИ), в которой можно измерять теплосодержание и энергию независимо от исходного состояния измерения объекта.

Как работает передача тепловой энергии?

источник

Тепловая энергия может передаваться от горячих объектов, жидкостей, газов или пространств к более холодным тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Теплопроводность — это когда тепло проходит через твердый материал, повышая температуру того, что находится за ним.

Хорошим примером этого является, когда солнце и температура наружного воздуха нагревают кузов автомобиля, а затем, в свою очередь, повышается температура внутри автомобиля.

Конвекция происходит, когда тепло передается движением жидкости, также известным как массовое движение жидкого вещества. Конвекция начнется только в том случае, если температуры поверхности объекта и жидкости, твердого тела или газа различны.

Примером этого является холодная вода, температура которой повышается, чтобы стать горячей водой.

Излучение — передача тепла в форме света. Теплопередача светом может быть как видимой, так и невидимой. Радиационное тепло может проходить через вакуум, газ или жидкость, любая из которых может отражать или перемещать излучение.

Типичные примеры теплового излучения включают солнечный свет или огонь.

Почтовый индекс

Что такое закон идеального газа и какое отношение он имеет к тепловой энергии?

Закон идеального газа основан на эмпирической математике, и на его решение ушло более 200 лет.

Он начинается с основной формулы, согласно которой по мере увеличения давления газа его объем уменьшается на пропорциональную величину.

Было также обнаружено, что температура и объем имеют аналогичную взаимосвязь: по мере повышения температуры газа объем газа будет увеличиваться на пропорциональную величину.

Затем было обнаружено, что чем большее количество молекул содержится в газе, тем больше он будет иметь объем и что они будут в равной пропорции.

Эти три принципа были объединены, и в результате был получен закон идеального газа : PV=nrt. Другими словами, отношение постоянного давления к постоянному объему равно произведению числа молей, температуры и универсальной газовой постоянной (R). Значение универсальной газовой постоянной составляет приблизительно R=8,3 Дж/ккал/моль — это 8,3 джоуля на моль на кельвин (К).

Закон идеального газа предсказывает наблюдаемые изменения давления и температуры и взаимосвязь на базовом уровне.

Хотя это не является хорошим индикатором того, что произойдет в экстремальных реалиях, оно позволяет ученым делать прогнозы, основанные на приблизительных, гипотетических моделях — отсюда и «идеальная» терминология.

Почему важна тепловая энергия?

Тепловая энергия предлагает нам еще один источник энергии. Тепловая энергия используется на тепловых электростанциях.

Тепловая энергия может быть эффективно сохранена и использована в качестве резервного источника питания в часы пиковой нагрузки или сезонного повышения энергопотребления из-за погодных условий.

Тепловая энергия позволяет нам использовать энергию, производимую Землей, в наших интересах. Этот вид тепловой энергии называется геотермальной энергией (тепло Земли). Это считается возобновляемым источником энергии, потому что Земля постоянно производит тепло и пополняет любое извлекаемое или используемое тепло.

Геотермальные технологии позволяют нам использовать тепло Земли для питания систем отопления и охлаждения. Три наиболее распространенных типа геотермальных технологий включают геотермальные системы прямого использования, глубинные и усовершенствованные геотермальные системы и тепловые насосы, использующие грунт.

Что такое хранение тепловой энергии и зачем оно нам?

Аккумулирование тепловой энергии может осуществляться двумя способами.

Во-первых, путем изменения способа поглощения или выделения тепловой энергии в виде скрытой или явной теплоты (виды теплопередачи).

Скрытая теплота относится к фазовым превращениям жидкостей, твердых тел и газов.

Явное тепло связано с температурой объекта или газа, независимо от состояния фазового перехода.

Тепловая энергия также может накапливаться путем проведения химических реакций.

Этот процесс нагревает некоторые химические вещества, что в конечном итоге разделяет их на отдельные реактивные компоненты и позволяет им накапливать энергию.

Тепловая энергия также может сочетаться с возобновляемыми источниками энергии — например, накопление выбрасываемой или перенаправленной солнечной энергии.

Сокращение отходов возобновляемой энергии за счет аккумулирования тепловой энергии делает некоторые возобновляемые источники энергии еще более эффективными; тепловая энергия показывает большие перспективы в сокращении выбросов парниковых газов и содействии устойчивому развитию.

Как избежать загрязнения окружающей среды тепловой энергией?

источник

Тепловая энергия является многообещающим решением для удовлетворения растущей потребности в электроэнергии благодаря своей способности накапливать энергию для последующего использования.

Источниками тепловой энергии являются ископаемые виды топлива, такие как природный газ, уголь и нефть, а также солнечное тепло, электрическое тепло с тепловым насосом и геотермальное тепло.

Хотя тепловая энергия оказывает относительно небольшое негативное воздействие на окружающую среду, необходимо решить несколько проблем, прежде чем она будет считаться по-настоящему экологичным источником энергии.

Тепловая энергия может вызывать загрязнение. Это загрязнение часто происходит в виде вытекающих химикатов или воды, сбрасываемой на тепловых электростанциях или в хранилищах.

Загрязнение воздуха и воды также может быть связано с геотермальными полями. Например, пар может выделять отработанное тепло, что может повлиять на образование облаков и погодные условия.

Почтовый индекс

Выброс горячей или холодной воды этими источниками тепловой энергии в естественные водоемы, такие как пруды, ручьи и реки, может создать разницу температур и нарушить экосистему.

Предотвращение загрязнения термальной воды может быть направлено на мониторинг температуры воды и приближение ее к естественной температуре воды.

Очистка сточных вод также может предотвратить тепловое загрязнение. Очистка сточных вод требует, чтобы сточные воды хранились в прудах или повторно закачивались в колодцы.

Тепловая энергия: великий природный ресурс  

Тепловая энергия является полезным источником энергии, который предоставляет мир. Тепловая энергия может использоваться не только в сочетании с другими возобновляемыми источниками энергии, но и обеспечивает резервное питание, хранение энергии и эффективные альтернативы для отопления и охлаждения.

Learn more