Il energia termica o l'energia termica di un corpo è l'energia interna associata alla sua temperatura, quindi si manifesta sotto forma di calore. Vivere l'energia termica è molto semplice: basta strofinare le mani per sentire il calore causato dall'attrito.
L'origine dell'energia termica risiede, da un lato, nel movimento costante delle particelle a livello molecolare, che conferisce loro energia cinetica, che è l'energia associata al movimento.
D'altra parte, le particelle hanno una proprietà chiamata carica elettrica, secondo la quale interagiscono secondo le loro posizioni relative. Questo contributo all'energia termica del corpo è l'energia potenziale.
Va sottolineato che l'energia termica non è una nuova forma di energia, ma il modo di riferirsi alla somma delle energie cinetiche e potenziali di un sistema di particelle molto grande. La misura di questa energia è la temperatura, quindi, maggiore è la temperatura di qualcosa, maggiore è l'energia termica o termica che ha.
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L'energia termica di un sistema è caratterizzata da:
-Avere le stesse unità di lavoro e qualsiasi altra forma di energia.
-Trasferisci facilmente da un materiale all'altro utilizzando alcuni meccanismi fondamentali descritti di seguito.
-Essere variato in due modi: il primo scambiando energia con l'ambiente, che in questo caso si tratta di trasferire calore, e l'altro è facendo qualche lavoro sul sistema che aggiunge o sottrae energia.
L'unità di energia termica nel Sistema Internazionale è il joule, abbreviato J, in onore del fisico inglese James Prescott Joule. Tuttavia, per quanto riguarda l'energia termica, un'unità di uso comune è il caloria.
In termini di joule, una caloria termochimica è pari a 4,1840 J e una chilocaloria rappresenta 1000 calorie..
L'energia termica è proporzionale alla temperatura corporea. sì Ec è l'energia cinetica e T temperatura, la costante di proporzionalità è KB o costante di Boltzmann, l'energia cinetica media della particella per ogni grado di libertà è data dalla seguente equazione:
Ec = ½ kB∙ T
Ad esempio, una molecola di gas monoatomica, come l'elio o l'argon, può muoversi ovunque in una stanza, quindi ha 3 gradi di libertà e la sua energia cinetica traslazionale è pari a 3 volte l'equazione di cui sopra:
Ec = 3/2 ∙ kB∙ T
Nelle unità del Sistema Internazionale, la costante di Boltzmann è uguale a 1.380649 × 10−23 J / K.
Supponendo che le molecole di gas interagiscano molto poco tra loro (gas ideale) e che abbiano solo movimento di traslazione, l'energia interna U è del tutto uguale all'energia cinetica Ec.
Quando vengono presi in considerazione altri contributi, come ad esempio il movimento rotatorio, viene aggiunto E = ½ k ∙ T per ogni possibilità di movimento.
Quando due corpi con temperature diverse vengono messi a contatto, l'energia fluisce spontaneamente dal più caldo al più freddo, fino a quando non si raggiunge l'equilibrio termico e le temperature si equalizzano.
Una volta in equilibrio termico con l'ambiente circostante, un corpo assorbe tanta energia termica quanta ne emette.
Spesso questi cambiamenti producono trasformazioni. Ad esempio, quando vengono riscaldate, la maggior parte delle sostanze si espande e quando viene raffreddata si contraggono. Possono verificarsi anche cambiamenti di stato, come passare da solido a liquido o subire trasformazioni chimiche.
L'ottenimento di energia termica è possibile in vari modi. Per la Terra, la fonte primaria è il Sole, ma la Terra stessa genera calore da sola attraverso il decadimento radioattivo di alcuni elementi instabili.
Le reazioni chimiche e l'elettricità generano anche energia termica che può essere sfruttata.
Al centro della maggior parte delle stelle, l'idrogeno, l'elemento più semplice e più abbondante nell'universo, si fonde per produrre elio, il successivo elemento più complesso dopo l'idrogeno. Questo processo di fusione nucleare, che avviene continuamente all'interno del Sole, rilascia grandi quantità di energia che raggiungono la Terra sotto forma di luce e calore..
La combustione è una reazione chimica che rilascia rapidamente calore. Viene sempre prodotto in presenza di ossigeno e richiede un materiale combustibile, come legno, carbone o benzina. In essi c'è uno scambio di elettroni in cui l'ossigeno li prende dal carburante, rilasciando luce e calore nel processo..
Nell'esempio all'inizio, sfregare le mani quando fa freddo ti dà una confortante sensazione di calore. In tal modo, l'attrito cinetico aumenta l'energia delle particelle sulla superficie della pelle e quindi aumenta l'energia termica..
Lo stesso accade quando si spinge un libro su un tavolo e in generale ogni volta che c'è un movimento relativo delle superfici a contatto. A livello microscopico, le particelle sulle due superfici subiscono un aumento della loro energia cinetica, che si traduce in un innalzamento della temperatura, che può essere percepito semplicemente toccando le superfici..
I materiali vengono riscaldati dal passaggio della corrente elettrica, quindi i cavi degli elettrodomestici, quando sono collegati alla presa, si sentono caldi quando toccano il rivestimento plastico. Questo riscaldamento è chiamato effetto joule.
All'interno della Terra ci sono elementi instabili che decadono naturalmente, cioè espellono particelle dai loro nuclei per trasformarsi in altri elementi più stabili. Questo processo è accompagnato dall'emissione di energia termica, che riscalda l'interno del pianeta..
Ci sono tre meccanismi fondamentali per trasferire l'energia termica, cioè trasferire il calore da un corpo all'altro: conduzione, convezione e irraggiamento.
Si verifica preferibilmente in materiali solidi, le cui particelle entrano in collisione tra loro, senza che si muovano in modo apprezzabile all'interno del materiale. I metalli sono buoni conduttori di calore grazie agli elettroni liberi che hanno.
Attraverso questo processo il calore viene trasportato insieme a porzioni di pasta, che generalmente è un fluido, ad esempio un liquido. Quando l'acqua viene fatta bollire in una pentola, la massa che si trova sul fondo, vicino alla fiamma, si riscalda e si dilata, quindi la sua densità diminuisce e il fluido sale. Quindi le porzioni più fredde affondano per riscaldarsi a turno.
A differenza della conduzione e della convezione, la radiazione non ha bisogno del mezzo materiale per propagarsi, poiché lo fa attraverso le onde elettromagnetiche. In questo modo, l'energia termica del Sole raggiunge la Terra attraverso lo spazio vuoto..
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