Топлинска енергија

Топлинска енергија (топлотна енергија или термална енергија) — поим кој означува неколку различни физички концепти. Тие се внатрешната енергија или енталпија на материјално тело или зрачење; топлина, дефинирана како вид на енергетски пренос (како во термодинамичка работа) и својствената енергија на степен на слобода (<math>k_{\mathrm{BT</math>) во систем опишан од неговите микроскопски четични составници (каде <math>T</math> е температурата, а <math>k_{\mathrm{B</math> е Болцмановата константа).
1 Однос со топлината и внатрешната енергија
Во термодинамиката, топлината е енергија пренесена во или од термодинамички систем по пат механизми како спроведување, зрачење и триење, но не термодинамичка работа или пренос на материја. Топлината се однесува на количеството пренесено помеѓу системите, а не на својството на некој систем или содржаното во него. Од друга страна, внатрешната енергија и енталпијата се својства на единечен систем. Топлинара и работата зависат од начинот на кој се пренесува енергијата, додека внатрешната енергија е својството на системската состојба и може да се разбере без да се знае како дошла енергијата.
1.1 Макроскопска топлинска енергија
Внатрешната енергија на едно тело може да се измени во процес при кој хемиска потенцијална енергија се претвора во нехемиска енергија. Во таков процес, теродинамичкит систем може да ја смени неговата внатрешна енергија со вршење работа врз неговата околина, или пак со добивање или губење на енергија како топлина. Со тоа велим дека хемиската потенцијална енергија се претвора во топлинска. Ваквата топлинска енергија може да се гледа како придонесувач кон внатрешната енергија или кон енталпијата, поимувајќи го придонесот како процес без да мислиме дека придонесената енергија станала распознатлива составница на внатрешните или енталписките енергии. Топлинската енергија затоа се поимува како „процесна сушност“, а не како „истрајна физичка сушност“. Во пообичен јазик ова би се нарекло „топлина на реакција“.
Поимот „топлинска енталпија“ исто така важи за енергијата која ја носи еден топлински тек, иако ова може просто да се нарече топлина или количество на топлина.
1.2 Микроскопска топлинска енергија
Со статистичкомеханичкото сфаќање на идеалниот гас, каде молекулите се движат независно помеѓу мигновени судири, внатрешната енергија е збир од кинетички енергии на независните честички на гасот, и ова кинетичко движење е извор и ефект на преносот на енергија преку границите на системот. Кај гас чии честички не заемодејствуваат (освен мигновени судири), поимот „топлинска енергија“ е практично истозначен со „внатрешна енергија“. Во многу учебници по статистичка физика, „топлинска енергија“ се однесува на <math>kT</math>, производ од Болцмановата костанта и апсолутната температура, изразен и како <math>k_\text{B} T</math>. Во еден материјал, особено во кондензирана материја, таквата течна или цврста супстанција чии составни честички (молекули или јони) имаат силни заемодејсва, нивните замодејствени енергии силно придонесуваат кон внатрешната енергија на телот, но не се просто воочливи во температурата.
2 Историски контекст
Во предавањето насловено како „За материјата, живата сила и топлината“ (1847), Џејмс Џул дал научен опис на разни поими тесноповрзани со топлинската енергија и топлината. Поимите латентна топлина и осетна топлина ги посочил како облици на топлина кои се однесуваат на различни физички појави — потенцијалната и кинетичката енергија на честичките. Ја опишал латентната енергија како енергија на заемодејство во дадено устројство на честичките, т.е. облик на потенцијална енергија, а осетната топлина како енергија која ја засега температурата што се мери со топломер поради топлинската енергија, која ја нарекол жива сила.
3 Бескорисна топлинска енергија
Доколку минималната температура на околината на еден систем изнесува <math>T_\text{e}</math>, а неговата ентропија е <math>S</math>, тогаш дел од неговата внатрешна енергија <math>S \cdot T_\text{e}</math> не може да се поврати како корисна работа. Ова е разликата помеѓу внатрешната енергија и Хелмхолцовата слободна енергија.
4 Поврзано
* Геотермална енергија
* Пренос на топлина
* Морскотоплинска енергија