Děkujeme za pěkný dotaz. Jak správně píšete, energii je možné přeměnit z jedné formy, například tepelné, na formu jinou, třeba elektrickou. Energie se také zachovává (zákon zachování energie [1]), což znamená, že energie se nikam neztrácí, jen se přeměňuje. To si můžeme pěkně představit tak, že například na začátku nějakého procesu máme pět balíčků energie, a pracujeme-li v izolovaném systému, ze kterého žádný balíček energie nemůže uniknout, tak musíme na konci všech možných procesů, které v systému probíhají a přeměňují jednu formu energie na jinou, napočítat opět pět balíčků energie.
Vtip je ale v tom, že ne všechny formy energie jsou si navzájem rovnocenné. Tak například tepelná energie je jaksi méněcennější než energie elektrická. Abychom toto porovnání mohli uchopit, musíme si objasnit, jak hodnotíme „cennost“ energie. Pro nás je energie cenná, je-li schopna při své přeměně v jinou energii konat i práci. Tak například elektrická energie je cenná, jelikož může třeba roztáčet v pračce buben, který koná práci. Při otáčení bubnu v pračce vzniká tím, jak se buben otáčí, v ložisku teplo, které se postupně ztratí do okolí. Toto teplo ale představuje méně cennou energii, jelikož v teplé místnosti k samovolnému roztočení bubnu pračky nedojde.
Fyzikálně si můžeme cennost energie představit jako její uspořádanost [2]. Elektrická energie není nic jiného než pohybová energie elektronů ve vodičích. Pohyb elektronů je usměrněný tím, že záporný pól záporné elektrony odpuzuje, kdežto kladný naopak přitahuje. Elektrony se tak pohybují v jakémsi uspořádaném proudu. Tepelná energie pak není nic jiného než chaotický, tedy neuspořádaný pohyb molekul, například vzduchu. Uspořádanost pohybu vede k tomu, že tento pohyb může snáze konat nějakou člověku užitečnou práci, jako výše zmíněné roztáčení bubnu pračky.
Ale zpět k vašemu příkladu s přeměnou tepelné energie vzduchu v energii elektrickou. Čistě teoreticky je možné vymyslet zařízení, do kterého budou narážet teplé molekuly vzduchu. Takové zařízení by mohlo generovat elektrickou energii, podobně jako v tepelných elektrárnách pára, což je vlastně velmi horký vzduch, který roztáčí lopatky turbíny, a tím přijde o svoji tepelnou energii. Tepelná energie se tak přeměňuje na energii kinetickou (pohybovou), tedy rotaci turbíny. Turbína pak rotací generuje elektrickou energii v cívce. Tento proces je rozumně účinný proto, že pára má o mnoho vyšší teplotu než teplota použitého chladiče (např. okolní vzduch). Jinými slovy tepelnou energii můžeme vhodně využít jen tehdy, jsme-li schopni zajistit práci tepelného stroje (v elektrárnách je to parní turbína) mezi teplým (pára) a chladným (okolní vzduch) zásobníkem, které mají dostatečný rozdíl teplot. A to je problém u podobného využití jen teplého vzduchu horkých letních dní, jelikož nebudeme mít k dispozici vhodný chladný zásobník, který poskytne dostatečný rozdíl teplot.
Když si to tedy shrneme, čistě teoreticky by nějaké zařízení na přeměnu teplého vzduchu na elektrickou energii mohlo fungovat. Prakticky bude jeho konstrukce nepraktická, jelikož teplý vzduch není dostatečně teplý na to, aby nějaké takové zařízení dosáhlo rozumné účinnosti, která převýší ztráty při výrobě, což je mimochodem zase teplo.
Pro Zeptej se vědce odpovídal Vítek
Zdroje:
[1] Scheck, F. (2010). Mechanics: (5th ed.). Springer.
[2] Sekerka, R. F. (2015). Thermal physics: Elsevier Science Publishing.
