Thermische energie of warmte is de energie geassocieerd met de willekeurige beweging van atomen en moleculen in een stof. Mechanische energie daarentegen is de energie geassocieerd met de beweging en positie van een object. Het omzetten van thermische energie naar mechanische energie omvat het benutten van de willekeurige beweging van deeltjes en het omzetten in gerichte beweging. Hier zijn enkele veel voorkomende methoden:

1. Heat Engines:

* principe: Deze motoren gebruiken een werkende vloeistof (zoals stoom, lucht of gas) om warmte over te dragen van een bron op hoge temperatuur (zoals brandende brandstof) naar een gootsteen met een lage temperatuur (zoals de omgeving). Dit temperatuurverschil zorgt ervoor dat de vloeistof uitzet en werkt op een zuiger of turbine, waardoor mechanische energie wordt geproduceerd.

* Voorbeelden: Stoommotoren, interne verbrandingsmotoren, gasturbines.

2. Thermo -elektrische generatoren:

* principe: Deze apparaten maken gebruik van het Seebeck -effect, waarbij een temperatuurverschil over een kruising van twee ongelijksoortige materialen een elektrische spanning creëert. Deze spanning kan worden gebruikt om een elektromotor te voeden en thermische energie om te zetten in mechanische energie.

* Voorbeelden: Gebruikt in kleinschalige stroomopwekking uit afvalwarmte, zoals in auto-uitlaatsystemen of industriële processen.

3. Stirling -motoren:

* principe: Deze motoren werken door cyclisch te verwarmen en te koelen van een werkvloeistof (meestal lucht of waterstof) in een gesloten systeem. De uitbreiding en samentrekking van de vloeistof drijven een zuiger aan, waardoor mechanische energie wordt gegenereerd.

* Voorbeelden: Gebruikt in nichetoepassingen zoals zonne -energie, afvalwarmtewinning en externe stroomsystemen.

4. Piëzo -elektrische apparaten:

* principe: Bepaalde materialen (zoals kwarts of keramiek) genereren een elektrische lading wanneer deze wordt onderworpen aan mechanische spanning of druk. Dit piëzo -elektrische effect kan worden omgekeerd, wat betekent dat het toepassen van een elektrische spanning ertoe kan leiden dat het materiaal uitbreidt of contracteert. Dit kan worden gebruikt om mechanische beweging te creëren uit een warmtebron die de temperatuur van het materiaal verandert en dus de piëzo -elektrische eigenschappen.

* Voorbeelden: Gebruikt in kleinschalige toepassingen zoals sensoren en actuatoren.

5. Thermische expansieapparaten:

* principe: Materialen breiden zich uit wanneer het wordt verwarmd en samentrekken wanneer ze worden afgekoeld. Door een materiaal met een hoge thermische expansiecoëfficiënt te gebruiken, kan een warmtebron ervoor zorgen dat het materiaal een mechanisme uitzet en duwt of aantrekken, waardoor mechanische energie wordt gegenereerd.

* Voorbeelden: Bimetallische strips die worden gebruikt in thermostaten, stoommachines.

Sleutelpunten:

* Efficiëntie: Het omzetten van thermische energie naar mechanische energie is inherent minder efficiënt dan andere vormen van energieconversie. Dit komt door de tweede wet van de thermodynamica, die stelt dat sommige energie altijd verloren gaat als warmte tijdens een energietransformatie.

* Temperatuurgradiënt: Hoe groter het temperatuurverschil tussen de warmtebron en de gootsteen, hoe efficiënter het energieconversieproces.

* Toepassingen: Deze methoden hebben een breed scala aan toepassingen, van grootschalige stroomopwekking tot kleinschalige apparaten zoals actuatoren en sensoren.

Samenvattend, het omzetten van thermische energie in mechanische energie omvat het benutten van de willekeurige beweging van deeltjes en het richten op een nuttig doel. Hoewel niet altijd de meest efficiënte energieconversie, spelen deze methoden cruciale rollen in verschillende toepassingen en technologieën.