O energia térmica ou a energia térmica de um corpo é a energia interna associada à sua temperatura, portanto, ela se manifesta na forma de calor. Experimentar a energia térmica é muito simples: basta esfregar as mãos para sentir o calor causado pela fricção.
A origem da energia térmica reside, por um lado, no movimento constante das partículas ao nível molecular, o que lhes confere energia cinética, que é a energia associada ao movimento.
Por outro lado, as partículas possuem uma propriedade denominada carga elétrica, segundo a qual interagem de acordo com suas posições relativas. Esta contribuição para a energia térmica do corpo é a energia potencial.
Deve-se enfatizar que a energia térmica não é uma nova forma de energia, mas a forma de se referir à soma das energias cinética e potencial de um sistema de partículas muito grande. A medida dessa energia é a temperatura, portanto, quanto maior a temperatura de algo, mais energia térmica ou calorífica ele possui.
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A energia térmica de um sistema é caracterizada por:
-Têm as mesmas unidades de trabalho e qualquer outra forma de energia.
-Transfira facilmente de um material para outro usando certos mecanismos fundamentais descritos abaixo.
-Ser variado de duas maneiras: a primeira trocando energia com o meio ambiente, que neste caso está falando sobre transferência de calor, e a outra é fazendo algum trabalho no sistema que adiciona ou subtrai energia.
A unidade de energia térmica do Sistema Internacional é o joule, abreviado J, em homenagem ao físico inglês James Prescott Joule. No entanto, no que diz respeito à energia térmica, uma unidade comumente usada é o caloria.
Em termos de joule, uma caloria termoquímica é igual a 4,1840 J e uma quilocaloria representa 1000 calorias..
A energia térmica é proporcional à temperatura corporal. sim Ec é a energia cinética e T temperatura, a constante de proporcionalidade é kB ou constante de Boltzmann, a energia cinética média da partícula para cada grau de liberdade é dada pela seguinte equação:
Ec = ½ kB∙ T
Por exemplo, uma molécula de gás monoatômica, como hélio ou argônio, pode se mover em qualquer lugar em uma sala, por isso tem 3 graus de liberdade e sua energia cinética translacional é igual a 3 vezes a equação acima:
Ec = 3/2 ∙ kB∙ T
Em unidades do Sistema Internacional, a constante de Boltzmann é igual a 1,380649 × 10-23 J / K.
Assumindo que as moléculas de gás interagem muito pouco umas com as outras (gás ideal) e que elas têm apenas movimento de translação, a energia interna U é inteiramente igual à energia cinética Ec.
Quando outras contribuições são levadas em consideração, como movimento rotacional por exemplo, E = ½ k ∙ T é adicionado para cada possibilidade de movimento.
Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, a energia flui espontaneamente do mais quente para o mais frio, até que o equilíbrio térmico seja alcançado e as temperaturas se igualem..
Uma vez em equilíbrio térmico com seus arredores, um corpo absorve tanta energia térmica quanto emite.
Freqüentemente, essas mudanças produzem transformações. Por exemplo, quando aquecidas, a maioria das substâncias se expande e, quando resfriadas, elas se contraem. Mudanças de estado também podem ocorrer, como passar de sólido para líquido ou sofrer transformações químicas.
A obtenção de energia térmica é possível de várias maneiras. Para a Terra, a fonte primária é o Sol, mas a própria Terra gera calor por conta própria por meio da decadência radioativa de alguns elementos instáveis.
Reações químicas e eletricidade também geram energia térmica que pode ser aproveitada.
No núcleo da maioria das estrelas, o hidrogênio, o elemento mais simples e abundante do universo, se funde para produzir hélio, o próximo elemento mais complexo depois do hidrogênio. Esse processo de fusão nuclear, que ocorre continuamente no interior do Sol, libera grandes quantidades de energia que chegam à Terra na forma de luz e calor..
A combustão é uma reação química que libera calor rapidamente. É sempre produzido na presença de oxigênio e requer um material combustível, como madeira, carvão ou gasolina. Neles ocorre uma troca de elétrons em que o oxigênio os retira do combustível, liberando luz e calor no processo..
No exemplo do início, esfregar as mãos no tempo frio proporciona uma sensação reconfortante de calor. Ao fazer isso, o atrito cinético aumenta a energia das partículas na superfície da pele e, portanto, aumenta a energia térmica..
O mesmo acontece ao empurrar um livro sobre uma mesa e, em geral, sempre que houver movimento relativo das superfícies em contato. No nível microscópico, as partículas nas duas superfícies experimentam um aumento em sua energia cinética, que se traduz em um aumento na temperatura, que pode ser percebido simplesmente pelo toque nas superfícies..
Os materiais são aquecidos pela passagem da corrente elétrica, portanto, os cabos dos aparelhos elétricos, quando conectados à tomada, ficam quentes ao tocarem no revestimento plástico. Este aquecimento é chamado efeito joule.
No interior da Terra existem elementos instáveis que decaem naturalmente, ou seja, expelem partículas de seus núcleos para se transformar em outros elementos mais estáveis. Esse processo é acompanhado pela emissão de energia térmica, que aquece o interior do planeta..
Existem três mecanismos fundamentais para a transferência de energia térmica, ou seja, transferência de calor de um corpo para outro: condução, convecção e radiação.
Ocorre preferencialmente em materiais sólidos, cujas partículas colidem umas com as outras, sem que se movam apreciavelmente dentro do material. Os metais são bons condutores de calor graças aos elétrons livres que possuem.
Através deste processo, o calor é transportado juntamente com porções da massa, que geralmente é um fluido, por exemplo um líquido. Quando a água é fervida em uma panela, a massa que está no fundo, perto da chama, aquece e se expande, assim sua densidade diminui e o fluido sobe. Assim, as porções mais frias afundam para aquecer, por sua vez.
Ao contrário da condução e da convecção, a radiação não precisa do meio material para se propagar, uma vez que o faz por meio de ondas eletromagnéticas. Desta forma, a energia térmica do Sol chega à Terra através do espaço vazio..
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