热能

能量介绍

我们都见过保温瓶，但您是否想过什么东西能让它保持热或冷？物体内部的能量来自哪里，又是如何维持温度的？

那么，首先让我们来理解“能量”这个词。要完成每一项工作，无论是踢球还是将沉重的货物装载到卡车上，我们都需要能量。所以，能量被定义为“做功的能力”。

能量有多种类型。今天我们将了解热能、它的类型、特性和应用。另外，最后不要错过关于热能的有趣事实。

什么是热能？

存在于系统或物体内部，并负责其温度的能量称为热能。它是系统中存在的内能，处于热力学平衡状态。

正如我们都看到过水流。当水从较高的表面流向较低的表面，直到水达到相等的水平。

同样，在热能的概念中，能量从高温流向低温，直到达到相等的温度。当达到平衡时，能量的流动就停止了，这种情况被称为热力学平衡。

因此，在热力学平衡状态下（当两个系统具有相同的能量时），将不会发生任何功。

热能的特性

让我们看几个热能的基本特性。

• 热能是系统内部包含的内能。这意味着它是一种具有内部温度的东西。
• 热能是人类使用过的最古老的能源之一。
• 分子力和热能负责定义物质的状态，即固态、液态或
• 热能是一种动能。动能被定义为由于分子的随机运动而产生的能量。
• 当物质的温度升高时，分子之间的分子力减小，分子的动能增加。
• 随着动能的增加，热能也会增加。因为热能是由于粒子的运动而产生的能量。
• 物质的热能取决于运动分子的速度。
• 分子力和热能成反比。

在固态中，分子力非常强，因此热能最少；而在气态中，分子力最弱，因此热能最高。

• 同样，如果我们提高物质的温度，由于分子的运动速度加快，热能也会增加。
• 热能与温度成正比。

温度与热能的关系

正如我们之前讨论过的，热能直接取决于系统的温度，所以

热能 ∝ 温度

物理学家认为热能等于 K 和 T 的乘积，其中

热能 = KT

其中，

K= 玻尔兹曼常数（1.381 x 10^-23m^2kgs^-2K^-1）

T= 绝对温度

热能的单位是焦耳。

热量 vs 热能

大多数人混淆了“热量”和“热能”这两个术语。了解这两个词的含义至关重要。

在这种情况下，我们使用“热量”来指热能从一个物体或系统转移到另一个物体或系统，其中“转移”是关键词。热量可以定义为由于两个物体之间的温度差异，能量从较热的物体流向较冷的物体。所以热量是能量从高温到低温的传递。

热能是由于分子运动而储存在物体或系统中的能量。它们是不同的——热能和热量。另一方面，热能是系统在能量流动之前存在的内禀属性。

热能的类型

当一个物体的构成粒子和原子振动时，会产生温度梯度，导致物体内能（热能）增加。因此，热能通常根据内能以热的形式在不同物体之间传递的方式进行分类。

热能有三种类型或热能传递方式：

1. 对流

对流是一种热量因粒子运动而传递的现象。它在气体和液体中最常见。空气被加热时会变热并传递热能。

2. 传导

传导发生在当热量通过亚原子粒子在其平均位置振动而传递时。当两个系统彼此靠近时，就会发生传导。固体比气体和液体更好的热导体，因为它们的粒子和分子排列紧密。

3. 辐射

辐射是通过红外电磁波将热量从一个地方传递到另一个地方的过程。辐射传热不需要介质。炽热的物体以光速向四面八方辐射热波，这些热波会被它们撞击的物体吸收或反射。

热能的应用

让我们看一些热能的应用实例。这将使您对热能的使用有更广泛的认识，并且还会包含一些日常生活中的例子。

太阳能

太阳表示“太阳”，所以太阳能是我们从太阳那里获得的热能和光能。没有这种能量或辐射，我们的星球就没有生命。整个地球可能会在一夜之间冻结。那么，为什么我们不应该使用这个无限的能源呢？

今天，我们正在利用太阳能发电和驱动大型机器。这种资源是环保的，因为它不会产生烟雾、有害气体和对我们生态系统的废物。

地热能

“地”这个词代表地球，“热”代表内部热量。这意味着地热能是一种存在于地壳中的能源。地球核心的温度约为 4000°C 至 7000°C。当这种热量靠近地表时，它就成为能源。

这种能量从地球深层流向地表。这种热量主要在地球核心产生。地壳由熔岩、碳燃料等构成。与太阳能一样，它也不会造成环境污染。

来自海洋的热能

海洋和大海内部蕴藏着巨大的热能。在海洋中，如果我们从浅水区向深处进发，温度和压力会逐渐升高。这是由于受到阳光照射。

借助技术，我们可以利用海水中的能量为多个行业和机器提供动力。用于从海洋中获取热能的技术称为海洋温差能转换（OTEC）。

燃料电池能量

燃料电池也是一种能源。在电池中，化学反应在电极上发生，然后产生阴极和阳极离子（负电荷和正电荷），由于离子的移动，会发生化学反应并产生热量。这可以用来提高能源效率。

融化冰

如果我们拿一杯水并往里面加冰。我们会发现水开始冷却，因为冰会融化。这意味着水的温度降低，而冰的温度升高。这是由于热能的流动。

热炉

将水倒入容器中，放在炉子上煮。你会看到，几分钟后，水分子运动加快，水的温度也随之升高。

这是由于容器表面与炉子之间热能的传递。

浴缸里的温水

冬天，如果你用热水装满浴缸。那么，这些温水就蕴含着热能。当你进入浴缸时，你的冷身体和温水之间会发生热能的传递。所以，这让你在冬天感到舒适。

关于热能的事实

这里有一些关于热能的有趣事实。

• 热能是系统中总能量的一部分。
• 尽管詹姆斯·焦耳被认为是第一个讨论热量增减的人，但他并不是第一个使用“热能”这个词的人。这就是为什么热能的单位是焦耳。
• 将热能转化为任何其他形式的能量都非常困难。
• 在任何系统中，分子或粒子都不能含有热量，它们含有热能。
• 与其他形式的能量不同，热能不取决于做功量。它是系统的内禀属性。
• 热能直接取决于温度。
• 导体是允许热能容易通过的物体。例如金属。
• 绝缘体是使热能难以通过的材料。绝缘体，如塑料、玻璃，都是合适的例子。
• 在气态中，热能最大；在固态中，热能最小。
• 热能传递有三种基本方式：传导、对流和辐射。
• 温度和热能这两个词不能互换。因为物体的温度表示物体的冷热程度。另一方面，热能是指该物体分子的动能或势能状态。