Termal enerji

Termal enerji, ortam veya sistem sıcaklığı sonucunda ortamdaki veya sistemdeki bir cismin veya maddenin potansiyel ve kinetik enerjileri toplamını ifade eden bir enerji biçimidir. Sistemde sıcaklık olmadığı müddetçe bu niceliği tanımlamak zor ve hatta anlamsız olabilir. Bu durumda herhangi bir termal iş söz konusu değildir.

Termal enerji (maddenin gaz, plazma, katı, gibi bazı hâlleri), partiküllerin rastgele mikroskopik hareketi ile ilgili enerjidir. Örneğin, monoatomik gaz hâlinde gaz atomları hareketten dolayı yalnızca kinetik enerjiye sahiptir. Molekül hâlinde gazda dönme ve titreşim enerjisi oluşur. Sıvı ve katı hâllerinde de (atomların etkileşiminden dolayı) potansiyel enerji vardır.

Isıdaki değişim

Fizikte sıkça kullanılan ısı, yalnızca bir sürecin karakteristiğidir. Örneğin bir enerji alışverişinde sıcaklık farkı sonucu emilir veya yayılır. Isı, bir bölgeden veya maddeden diğerine aktarılma veya dönüşüm sürecinde oluşan termal enerjidir. Mühendislikte "ısı" ve "ısı aktarımı" terimleri çoğunlukla birbirleri yerine kullanılır (ısı aktarımı, ısının zamana bağlı olarak iletim miktarını ifade eder). Isının varlığı iletildiği sürece anlaşılır. Isı tarafından aktarılan enerji, termal enerji veya gizli enerji olarak adlandırılır. Bu enerji aktarılmazsa statik duruma geçer. Yani aktarılmayan enerji ısı değildir.

Tanımlar

Termal enerji, sistemin sıcaklığına neden olan bir sistemin integral (termodinamik) enerjisinin bir bölümüdür. Bir sistemin termal enerji, sistemin büyüklüğü ile ölçülür. Bu sistemin bir hâl fonksiyonu değildir.

Genel kapsam

Isı, termal enerjinin belirli bir yere yayılması olarak tanımlanır (örneğin sıcak bir cisme soğuk bir cisim yapıştığında yapışan yüzeyler arasında ısı alışverişi olur. Küçük iletişim için uygun eşitlik şöyledir:

$\Delta q=\int _{T_{1}}^{T_{2}}C_{\mathrm {v} }\mathrm {d} T$

Burada C_v, sistemin ısı kapasitesidir. Eğer sistem hâl değişimi altında ise bu eşitlik geçersiz olur. Örneğin buz erimesi esnasında ısıda bir azalma olmaksızın sistem ısıyı tutar.

Kinetik teori

İdeal gazı tanımlayan kinetik teorideki serbestlik derecesine göre termal enerji eşitliği şöyledir:

$U={\frac {d_{f}}{2}}k_{B}T$

Burada d_f, serbestlik derecesi sayısı ve k_B,Boltzmann sabitidir. Toplam termal enerji gazın toplam iç enerijine eşit olmalıdır. Fakat moleküller arası potansiyel enerji bu teoriye dahil değildir. k_BT ifadesi, istatistiksel mekaniğinde çok sık kullanılır.

Ayrıca bakınız

• Isı aktarımı
• Okyanus ısıl enerji dönüşümü