Lämpöenergian

Lämpöenergia tarkoittaa systeemin sisäistä energiaa, joka syntyy hiukkasten satunnaisesta liikkeestä sekä niiden välisistä vuorovaikutuksista. Se on osa sisäistä energian kokonaisuutta U ja muuttuu, kun järjestelmä vastaanottaa lämpöä tai luovuttaa sitä tai kun se tekee työtä. Lämpöenergia ei yksin määrittele tilaa, vaan siihen vaikuttavat aineen määrä, olomuoto sekä paine ja tilavuus. Tässä yhteydessä lämpötilalla on läheinen, mutta ei yksiselitteinen yhteys: se mittaa keskimääräisen liikkeen energian tasoa.

Yksikkö on joule. Sensaattinen lämpö voidaan laskea Q = m c ΔT, missä m on massa ja c ominaislämpökapasiteetti. Eri prosesseissa käytetään cp tai cv. Fasimuutoksissa energia siirtyy latenttina lämpönä: Q = m L, esim. veden sulamislämpö (noin 334 kJ/kg) ja kiehumislämpö (noin 2257 kJ/kg). Veden ominaislämpökapasiteetti on noin 4184 J/(kg·K).

Lämpöenergia siirtyy kolmella päätavalla: johtuminen, konvektio ja säteily. Johtuminen tapahtuu suorien vuorovaikutusten kautta kiinteässä aineessa, konvektio nesteessä tai kaasussa liikkuvan massan mukana, ja säteily on elektromagneettista säteilyä riippumatta väliaineesta. Lämpötilojen erilaisuus aiheuttaa energiansiirron.

Ensimmäinen pääsääntö termodynamiikkaan, dU = δQ − δW, kuvaa, miten lämpöenergia muuttaa järjestelmän sisäistä energiaa. Kalorimetria mittaa lämpöenergian siirtymää tilan muutosten avulla.

Lämpöenergia on keskeinen käsite energian suunnittelussa ja käytännön sovelluksissa, kuten rakennusten lämmitys ja jäähdytys, teollisuusprosessit sekä uusien energiaratkaisujen ja lämpövarastoinnin kehittämisessä.