12 eksempler på termisk energi i hverdagen
Termisk energi er den energi, som et objekt besidder som følge af bevægelserne af partikler i objektet. Det er genstandens indre kinetiske energi, som stammer fra de tilfældige bevægelser af genstandens molekyler og atomer.
Medens molekyler og atomer, der udgør stof, bevæger sig hele tiden, når en genstand opvarmes, får temperaturstigningen disse partikler til at bevæge sig hurtigere og støde sammen med hinanden. Jo hurtigere disse partikler bevæger sig, jo højere er genstandens termiske energi.
Den kan matematisk skrives som produktet af Boltzmanns konstant (kB) og den absolutte temperatur (T).
Termisk energi = kBT
Begrebet “termisk energi” kan også anvendes om den mængde varme, der overføres, eller den energi, der bæres af varmestrømmen.
Thermisk energi (eller varmeenergi) kan overføres fra et legeme til et andet via tre processer –
- Konduktion: Er den mest almindelige form for varmeoverførsel, som sker via fysisk kontakt: Den interne energioverførsel skyldes mikroskopiske sammenstød mellem partikler og elektroners bevægelse i et legeme.
- Konvektion: er overførsel af varme fra et område til et andet ved bevægelse af væsker, f.eks. væsker og gasser.
- Stråling: er overførsel af energi i form af partikler eller bølger gennem rummet eller et medium. Jo varmere en genstand er, jo mere vil den udstråle varmeenergi.
For bedre at forklare dette fænomen har vi samlet nogle af de bedste eksempler på varmeenergi, som du ser i hverdagen.
Solenergi
Type af varmeoverførsel: Stråling
Solen er en næsten perfekt kugle af varmt plasma, der omdanner brint til helium gennem milliarder af kemiske reaktioner, som i sidste ende producerer en intens mængde varme.
I stedet for at blive i nærheden af Solen, stråler varmen væk fra stjernen og ud i rummet. En lille del af denne energi (varme) når jorden i form af lys. Det indeholder for det meste infrarødt, synligt og ultraviolet lys. Overførslen af varmeenergi på denne måde kaldes varmestråling.
Mens en del af varmeenergien trænger igennem Jordens atmosfære og når jorden, bliver en del af den blokeret af skyer eller reflekteret af andre objekter. Det sollys, der når frem til jordens overflade, opvarmer den.
I henhold til University of Oregon modtager hele jorden i gennemsnit 164 watt pr. kvadratmeter i løbet af et døgn på 24 timer. Det betyder, at hele planeten modtager 84 Terawatts strøm.
Smeltning af is
Type af varmeoverførsel: Konvektion
Varmeenergi strømmer altid fra områder med højere temperatur til områder med lavere temperatur. Når du f.eks. tilsætter isterninger til din drik, bevæger varmen sig fra væsken til isterningerne.
Væskens temperatur falder, når varmen overføres fra drik til is. Varmen fortsætter med at bevæge sig til det koldeste område i drikken, indtil der opnås en ligevægt. Dette tab af varme får temperaturen i drikken til at falde.
Brændselsceller
En brændselscelle, der tager brint og ilt som input
Varmeoverførsel: Afhænger af typen af brændselscelle
Brændselsceller er elektrokemiske anordninger, der omdanner den kemiske energi fra et brændstof og oxidantgas til elektrisk energi. Når en brændselscelle fungerer, bruges en betydelig del af input til at generere elektrisk energi, men den resterende del omdannes til termisk energi, afhængigt af typen af brændselscelle.
Den varme, der produceres i løbet af denne proces, udnyttes til at øge energieffektiviteten. Teoretisk set er brændselsceller langt mere energieffektive end konventionelle processer: Hvis spildvarmen opfanges i et kraftvarmeanlæg, kan der opnås virkningsgrader på op til 90 %.
Geotermisk energi
Type af varmeoverførsel:
Geotermisk energi er den varme, der stammer fra jordens undergrund. Den er indeholdt i væsker og bjergarter under jordskorpen og kan findes dybt nede i Jordens varme smeltede bjergarter, magma.
Den produceres fra radioaktivt henfald af materialer og kontinuerligt varmetab fra planetens dannelse. Temperaturen og trykket ved grænsen mellem kerne og kappe kan nå op på mere end 4000 °C og 139 GPa, hvilket får nogle bjergarter til at smelte og den faste kappe til at opføre sig plastisk.
Det resulterer i, at dele af kappen konvegerer opad (da den smeltede bjergart er lettere end den omgivende faste bjergart). Damp og/eller vand transporterer den geotermiske energi til planetens overflade, hvorfra den kan udnyttes til køle- og opvarmningsformål, eller den kan udnyttes til at producere ren elektricitet.
Varmeenergi i havet
Type af varmeoverførsel: I årtier har havene absorberet mere end 9/10 af atmosfærens overskudsvarme fra drivhusgasemissioner. Ifølge en undersøgelse er havet blevet opvarmet med en hastighed på 0,5 til 1 watt energi pr. kvadratmeter i løbet af de sidste ti år.
Oceanerne har et utroligt potentiale for lagring af varmeenergi. Da deres overflader er udsat for direkte sollys i længere perioder, er der en enorm forskel mellem temperaturen i de lavvandede og dybe havområder.
Denne temperaturforskel kan bruges til at drive en varmemotor og generere elektricitet. Denne type energiomdannelse, kendt som havtermisk energiomdannelse, kan fungere kontinuerligt og kan støtte forskellige spin-off-industrier.
Solar Cooker
Type af varmeoverførsel:
En solvarmeovn er en lavteknologisk, billig anordning, der bruger energien fra direkte sollys til at opvarme, koge eller pasteurisere drikkevarer og andre fødevarematerialer. På en solskinsdag kan den opnå en temperatur på op til 400 °C.
Alle solkogere fungerer efter tre grundlæggende principper:
- Koncentrer sollyset: Enheden indeholder en spejlflade, der koncentrerer lyset fra solen til et lille kogeområde.
- Omdanner lysenergi til varmeenergi: Når lyset falder på et modtagermateriale (gryden), omdannes lyset til varme, og det er det, vi kalder konduktion.
- Fange varmeenergi: Et glaslåg isolerer luften inde i gryden fra luften udenfor, hvilket minimerer konvektion (varmetab).
Rubbing Your Hand Together
Type af varmeoverførsel: Konduktion
Når du gnider dine hænder mod hinanden, omdanner friktion mekanisk energi til varmeenergi. Den mekaniske energi henviser til dine hænders bevægelse.
Da friktion opstår på grund af den elektromagnetiske tiltrækning mellem ladede partikler i to overflader, der berører hinanden, resulterer gnidning af hænderne i udveksling af elektromagnetisk energi mellem molekylerne i vores hænder. Dette fører til termisk excitation af molekylerne i vores hænder, hvilket i sidste ende producerer energi i form af varme.
Varmemotor
Type af varmeoverførsel: Konvektion
En varmemotor omdanner termisk energi til mekanisk energi, som derefter kan bruges til at udføre mekanisk arbejde. Motoren tager energien fra det at være varm (i forhold til omgivelserne) og omsætter den til bevægelse.
Afhængigt af motortypen anvendes forskellige processer, f.eks. ved at bruge energi fra nukleare processer til at generere varme (uran) eller ved at antænde brændstof ved forbrænding (kul eller benzin). I alle processer er målet det samme: at omdanne varme til arbejde.
Aktuelle eksempler på varmemotorer omfatter et damplokomotiv, en forbrændingsmotor og et termisk kraftværk. De drives alle af ekspansionen af opvarmede gasser.
Brændende stearinlys
Type af varmeoverførsel: Konduktion, Konvektion, Stråling
Stearinlys skaber lys ved at producere varme. De omdanner kemisk energi til varme. Den kemiske reaktion kaldes forbrænding, hvor stearinlysvoks reagerer med luftens ilt og danner en farveløs gas ved navn kuldioxid sammen med en lille mængde damp.
Dampen dannes i den blå del af flammen, hvor voksen brænder rent med masser af ilt. Men da ingen voks brænder perfekt, producerer de også en smule røg (aerosol) i den lyse, gule del af flammen.
Igennem hele processen absorberer vægen voksen og brænder for at producere lys- og varmeenergi.
Elektriske brødristere
Type af varmeoverførsel:
En elektrisk brødrister optager elektrisk energi og omdanner den meget effektivt til varme. Den består af rækker af tynde ledninger (filamenter), der er placeret med tilstrækkelig stor afstand fra hinanden til at riste hele brødets overflade.
Når elektriciteten strømmer gennem ledningen, overføres energien fra den ene ende til den anden. Denne energi transporteres af elektroner. Under hele processen støder elektronerne sammen med hinanden og med atomerne i metaltråden, hvorved de afgiver varme. Jo større den elektriske strøm er, og jo tyndere ledningen er, jo flere kollisioner sker der, og jo mere varme produceres.
Moderne varmeanlæg i hjemmet
Type af varmeoverførsel:
To almindelige typer af opvarmningssystemer, der installeres i bygninger, er varmluft- og varmtvandsopvarmningssystemer. Den første bruger varmeenergi til at opvarme luften og lader den derefter cirkulere gennem et system af kanaler og registre. Den varme luft blæser ud af kanalerne og cirkulerer rundt i rummene og skubber kold luft ud af vejen.
Det andet system bruger varmeenergi til at opvarme vand og pumper det derefter rundt i bygningen i et system af rør og radiatorer. Den varme radiator udstråler varmeenergi til den omgivende luft. Den varme luft bevæger sig derefter gennem rummene i konvektionsstrømme.
Læs: 10 bedste eksempler på kinetisk energi
CPU’er og andre elektriske komponenter
En blæserkølet køleplade på processoren
Type af varmeoverførsel: Konvektion og konduktion
CPU, GPU og system på en chip afgiver energi i form af varme på grund af modstanden i elektroniske kredsløb. GPU’er i bærbare computere/desktops bruger og afgiver betydeligt mere strøm end mobile processorer på grund af deres højere kompleksitet og hastighed.
Læs: 14 bedste eksempler på konvektion med enkel forklaring
Der anvendes forskellige typer kølesystemer til at holde mikroprocessorer ved optimale temperaturer. Et konventionelt CPU-kølesystem til stationære computere er f.eks. designet til at aflede op til 90 watt varme uden at overskride den maksimale junction-temperatur for den stationære CPU.