Hiztegia

Beroa

Gorputz baten bero-energia bere atomo eta molekulen higidura linealen (bibrazioa, translazioa) eta biratze-higiduren ondorioa da. Horiengatik guztiengatik atomo eta molekulek duten batez besteko energia zinetikoaren neurria tenperatura da (Ik. tenperatura). Gai batek bero-energia xurgatzen duenean, haren tenperatura igo egiten da. Tenperatura berean ez dauden sistemen artean, bero-energia tenperatura altuko sistematik tenperatura baxukora doa, bien tenperaturak berdindu arte, hau da, oreka termikoa lortu arte. Hori gertatu ahal izan dadin, bi sistemen arteko mugak diatermikoa izan behar du (bero-energiari iragaten utzi behar dio; bero-energiari bere baitatik iragaten uzten ez diotenak muga adiabatikoak dira).

Substantzia baten bero-energia (hau da, tenperatura eta, beraz, atomo eta molekulen batez besteko energia zinetikoa) handitzearen ondorioz, substantziak hedatzera jotzen du, bere bolumena handitu egiten da alegia. Solido eta likidoetan, gertakari horri zabalkuntza deritzo. Gasen kasuan, kontuan hartu behar dugu gasek beti jotzen dutela dauden espazio osora hedatzera, baina tenperatura igo ahala hedatzeko joera handitzen dela argi ikusteko, pentsa dezagun gune itxi batean dagoela. Tenperaturarekin batera presioa handitzen dela jakina da, gasaren atomo edo molekulen energia zinetikoa handitu den seinale, horrexen araberakoa baita gunearen mugen kontra gasak egiten duen presioa. Tenperatura jaitsi ahala, atomo eta molekulen higidurak motelduz doaz. Pentsa liteke, orduan, egongo dela tenperatura bat atomo eta molekulak geldirik leudekeena. Tenperatura hori zero absolutua da, eta -273 °C-ren baliokidea da. Jakina, tenperatura lortezina da, ideala (Ik. zero absolutu).

Substantzia baten bero-energia aldatzearekin lotuta dagoen beste gertakari behagarri bat egoera-aldaketarena da. Egoera batetik bestera aldatzerakoan, substantziak bero-energia xurgatu edo askatzen du, baina tenperatura ez da aldatzen. Horrek esan nahi du bero-energia hori egoeren arteko trantsizioei dagozkien berrantolamenduak gertatzeko beharrezkoa dela. Egoera-aldaketa gertatzeko masa-unitateko behar den bero-energia bero sorra da. Substantzia bakoitzak bere lurruntze-bero sorra, likidotze-bero sorra, etab. ditu. Egoera batetik besterako aldaketa gertatzen den tenperatura substantziaren konposizioaren eta presioaren araberakoa da. Ura 100 °C-tan lurruntzen da presio atmosferikoan, baina presioa handiagoa bada, tenperatura altuagoan gertatzen da prozesua. Arrazoi beragatik, giro-tenperaturan eta presio atmosferikoan gas diren gai batzuk presiopean likidotu daitezke giro-tenperaturan (esaterako, butanoa eta propanoa presiopeko ontzietan likidoturik erabiltzen dira giro-tenperaturan).

Tenperatura aldatzearekin lotuta dagoen beroari, berriz, bero sentikorra deritzo. Substantzien tenperatura aldatzeko behar den bero-kantitatea ez da beti bera, substantzia bakoitzaren konposizioaren araberakoa da. Substantzia baten masa-unitatearen tenperatura gradu bat aldatzeko behar den bero-kantitatea substantzia horren bero espezifikoa da. Bero-ahalmena, berriz, substantziaren masa baten tenperatura gradu bat aldatzeko behar den bero-kantitatea da (hau da, masa bider bero espezifikoa). Substantzia-kantitate jakin baten bero sentikorra, orduan, bero espezifikoaren, masaren eta tenperatura-tartearen arteko biderkadura da. Bero espezifiko handiko materialen tenperatura aldatzeko, beraz, bero-kantitate gehiago behar da bero espezifiko txikiko materialaren tenperatura aldatzeko baino. Bistan dena, horrelako materialak bero-energia metatzeko egokiak dira (ura adibidez).

Beroa gorputz batetik bestera hiru eratara transmiti daiteke: eroapenez, konbekzioz eta erradiazioz (Ik. bero-transferentzia).

Bero-energiaren eta beste energia-formen, batez ere energia mekanikoaren, arteko bihurketak aztertzen dituen zientzia Termodinamika da. Beroa lana egiteko nola erabil daitekeen, horretarako zein muga dagoen eta zein baldintza bete behar diren zehazten ditu. Hortaz, Termodinamika motorretan, turbinetan, hozkailuetan eta beste hainbat gailutan gertatzen diren prozesu eta zikloak deskribatzeko eta teknologikoki ahalik eta errendimendu handiena lortzeko ezinbesteko tresna da. Energia-formen arteko bihurketak direla eta, bero-energiak badu berezitasun bat. Labur beharrez, bero-energia gainerakoak baino degradatuagoa dela esango dugu. Erregaia erretzen denean, adibidez, lotura kimikoetan metatuta dagoen energia “desordenatu” egiten da, sistema egoera ordenatu batetik atomo eta molekulen higidura desordenatuak gertatzen diren egoera batera pasatzen delako. Alderantzizko bihurketa egin nahi denean, ez da posible bero-forman dagoen energia guztia beste energia forma bat bihurtzea, lan mekanikoa egiteko bihurtzea adibidez. Ezintasun horren azalpena Termodinamikaren Bigarren Legeak ematen du eta sistema baten desordenarekin eta energiaren degradazioarekin lotuta dagoen magnitudea entropia da. Gertakari hau funtsezkoa da energia ekoizteko prozesu askotan eta horietan lortzen den errendimendua mugatzen du (Ik. entropia; termodinamika). Gainera, fenomeno fisiko askotan beroa xahutu egiten da: higitzen ari diren gorputzek, inguruenarekin duten marruskaduragatik, energia zinetikoaren parte bat bero gisa galtzen dute. Hala ez balitz, abiadura konstantez mugi litezke muga gabe. Eroale elektrikoetan ere, Joule efektua gertatzen da, hau da, elektrizitatearen iragate hutsak beroa xahutzen du, eta energia elektrikoaren galerak gertatzen dira.

Energiaren ekoizpen eta kontsumoaren alorrean, bero-energia garrantzi handiko energia-forma da.

• Azken energia izan daiteke, zerbait edo toki bat berotu nahi denean. Horretarako, energia-forma bat bero bihurtzen da. Bero bihurtzen den energia-forma erregaiaren energia kimikoa, elektrizitatea edo eguzkiaren erradiazioa izan daiteke, besteak beste.

• Beste askotan, bero-energia energia primarioaren eta azken energiaren artean gertatzen diren bihurtze-prozesuetako batean askatu eta gero berriz beste energia-mota bat bihurtzen da. Hau oso maiz gertatzen da. Esaterako, motor batean erregaia da energia primarioa (energia kimikoa) eta azken energia mekanikoa da (mugimendua). Tartean, ordea, erregairen energia bero bihurtzen da errekuntzan eta hori gero, ziklo termodinamiko baten bidez, energia mekaniko bihurtzen da. Beste adibide bat elektrizitatea ekoizteko hainbat teknologia dira. Zentral hidroelektriko, haize-parke eta instalazio fotovoltaikoak izan ezik, gaur egun elektrizitatea ekoizteko zentral eta instalazioetan energia primario batetik bero-energia lortzea da lehen urratsa. Esaterako, zentral termikoetan, erregaiaren energia kimikoa elektrizitate bihurtzen da azkenean, baina tartean, erregaiaren energia kimikoa bero bihurtzen da errekuntzan, eta gero bero hori, lurrun-turbinan edo gas-turbinan energia mekaniko bihurtu ondoren, elektrizitate bihurtzen da sorgailuan. Zentral nuklearretan gauza bertsua, desberdintasun bakarra bero-energiaren iturria da, oraingoan fisio-erreakzio nuklearrean askatzen den beroa erabiltzen delako. Badira kasu berezi batzuk, non bero-energia zuzenean energia elektriko bihurtzen den: bihurketa termoelektrikoa, termoionikoa eta magnetohidrodinamikoa. Dena den, gaurkoz behintzat, teknologia hauek ez dira ia erabiltzen.

• Energia primariotzat ere har liteke batzuetan, hau da, naturako energia-iturri batzuk bero-forman daude. Energia geotermikoan, adibidez, ur edo lurrun beroa zuzenean erabil daiteke berokuntzarako edo elektrizitatea ekoizteko; beste erabilera-modu bat lurpeko beroa erabiltzea da. Itsasoko bero-energia era primarioa da eta elektrizitatea ekoizteko erabil daiteke. Dena den, ez da ahaztu behar bero-energia hori beste prozesu natural batzuen emaitza dela: energia geotermikoaren kasuan, Lurraren barneko material erradioaktiboen desintegrazioa eta itsasoko bero-energiaren kasuan, eguzki-erradiazioa.

Elhuyar