Energía Térmica o Energía Calorífica

La energía térmica (también llamada energía calorífica o energía de calor) se produce cuando un aumento en la temperatura hace que los átomos y las moléculas se muevan más rápido y colisionen entre sí.

La energía que proviene de la temperatura de la sustancia calentada se llama energía térmica.

¿Qué es la energía térmica?

¿Alguna vez te has preguntado qué hace que algo sea caliente? La respuesta puede ser más simple de lo que piensas. La temperatura de un objeto aumenta cuando las moléculas que componen ese objeto se mueven más rápido.

La energía calorifica o térmica es la energía que proviene del calor. Este tipo de energía es generado por el movimiento de pequeñas partículas dentro de un objeto. Cuanto más rápido se muevan estas partículas, más calor se genera. Las estufas y los fósforos son ejemplos de objetos que conducen energía térmica.

Debido a que la energía térmica se debe al movimiento de las partículas, es un tipo de energía cinética, que es la energía debida al movimiento. La energía térmica produce algo que tiene una temperatura interna y esa temperatura puede medirse, por ejemplo, en grados Celsius o Fahrenheit en un termómetro. Cuanto más rápido se muevan las partículas dentro de un objeto o sistema, mayor será la temperatura que se registra.

Temperatura

La temperatura de un objeto tiene que ver con qué tan frío o caliente está, medida en grados Celsius (°C). La temperatura también se puede medir en una escala Fahrenheit, llamada así por el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Se denota con el símbolo ‘F’. En la escala Fahrenheit, el agua se congela a 32 °F y hierve a 212° F. En escala Celsius, el agua se congela a 0 °C y hierve a 100 °C.

Un termómetro es un instrumento utilizado para medir la temperatura de un objeto.

Veamos este ejemplo para ver cómo se relacionan la energía térmica y la temperatura:

Una piscina a 40 °C está a una temperatura más baja que una taza de té a 90 °C. Sin embargo, la piscina contiene mucha más agua. Por lo tanto, la piscina tiene más energía térmica que la taza de té, aunque el té es más caliente que el agua de la piscina.

Formula de la Energía Térmica

A veces se le denomina como energía interna. La notación para la energía térmica es Q. Puede ser directamente proporcional a la masa de una sustancia, al calor específico y a la diferencia de temperatura. La unidad SI de la energía térmica es el Joules (J).

Para calcular el valor del calor transferido se utiliza la siguiente formula:

Q = m . Ce (Tf – Ti)

Donde:

• Q es la energia termica
• Ce = Calor especifico
• m = masa
• T = temperatura

Ejercicios resueltos

Pregunta 1: Calcule la energía térmica de una sustancia cuya masa es de 3 kg y el calor específico es de 0.038 J/kg °C. La diferencia de temperatura de este sistema es 60 ° C?

Solución:
De la pregunta, está claro que,
m = 3 kg, Ce = 0.038J / kg ° C, ΔT = 60 °C
La fórmula para la energía térmica es
Q = mcΔT
Q = 3 × 0.038 × 60 = 6.84J

Pregunta 2: 2kg de sustancia experimentan una diferencia de temperatura de 50 °C cuyo calor específico es 0.05 J/kg °C, Calcule la energía térmica.

Solución:
De la pregunta, está claro que,
m = 2 kg, Ce = 0.05 J/kg °C, ΔT = 50 °C
La fórmula para la energía térmica es
Q = mcΔT
Q = 2 × 0.05 × 50 = 5J

Aplicación y usos de la energía térmica

Echemos un vistazo a un ejemplo simple de energía térmica. Un elemento calentado en una estufa contiene energía térmica, y cuanto más se enciende la estufa, más energía interna contiene la estufa. En el nivel más básico, esta energía térmica es el movimiento de las moléculas que componen el metal del elemento de la estufa. Sé que no puedes ver las moléculas en movimiento, pero lo están. Cuanto más rápidas son las moléculas, más energía térmica interna contienen.

Ahora, pongamos una olla de agua encima del elemento calentado. ¿Que ocurre? La estufa funciona, ¿verdad? Bueno, no como normalmente lo pensaríamos. Aquí, «trabajo» se refiere al «movimiento de algo cuando se aplica una fuerza». Específicamente, la energía térmica de la estufa hace que las partículas de la olla y, finalmente, el agua se mueva más rápido. La energía interna del elemento calentado se transfiere a la olla y finalmente al agua dentro de la olla.

Esta transferencia de energía térmica desde la estufa a la olla y al agua se conoce como calor. Es muy importante mantener estos términos en orden. En este contexto, calor es el término que usamos para referirnos específicamente a la transferencia de energía térmica de un objeto o sistema a otro, siendo la transferencia la clave. La energía térmica es la energía que se posee dentro del objeto o dentro del sistema debido al movimiento de las partículas. Son diferentes: calor y energía térmica.

Puedes sentir el calor si mantienes tu mano sobre la estufa. El calor, a su vez, acelera las moléculas dentro de la olla y el agua. Si coloca un termómetro en el agua, a medida que el agua se calienta, puede observar cómo aumenta la temperatura. De nuevo, un aumento en la energía interna dará como resultado un aumento en la temperatura.

¿Cómo se genera la energía térmica o calorífica?

Las moléculas y átomos que componen la materia se mueven todo el tiempo. Cuando una sustancia se calienta, el aumento de la temperatura hace que estas partículas se muevan más rápido y choquen entre sí.

La energía calorífica es la energía que proviene de la sustancia calentada. Cuanto más caliente es la sustancia, más se mueven sus partículas y mayor es su energía calorífica.

Las plantas de energía geotérmica utilizan bombas para extraer agua caliente de un pozo que utiliza alta presión. El agua se convierte en vapor que alimenta las turbinas para generar electricidad. El vapor se convierte nuevamente en agua a través de una torre de enfriamiento y se bombea al suelo donde comienza todo el proceso nuevamente.

Ejemplos de energía térmica

Aquí hay algunos ejemplos cotidianos e imágenes de energía térmica con los que estará familiarizado:

• El mayor ejemplo de energía térmica o calorífica en nuestro sistema solar es el mismo sol. El sol irradia calor para calentarnos en el planeta tierra.
• Los combustibles para automóviles, como la gasolina, son fuentes de energía térmica, como lo es el motor caliente de un auto de carreras o un autobús escolar.
• Una tostadora se enciende y convierte un pedazo de pan en un pedazo de pan tostado. Esto se debe a la energía de calor radiante de la tostadora, que extrae la humedad del pan y lo hace crujiente.
• Un vaso de agua de 50 ml a 60 grados tiene más energía térmica que un vaso de agua de 50 ml a 50 grados.
• Una parrilla emite energía térmica al quemar propano.
• Cuando el hielo se coloca en un vaso de agua, la energía térmica del agua finalmente lo derrite, lo que significa que el agua en sí misma es una fuente de energía térmica.
• La energía térmica de una estufa caliente se transfiere a una olla de metal y hace que las moléculas de agua se muevan más rápido, lo que aumenta la temperatura del agua.
• Los hornos convencionales son fuentes de energía térmica por convección, lo que hace que los alimentos colocados en ellos se calienten y se cocinen.
• Tu cuerpo contiene energía térmica que puede calentar un vaso frío de limonada, derretir el hielo del otro lado de la ventana y calentar a otra persona cuando lo abraza.
• La energía geotérmica es un tipo de energía térmica generada y almacenada debajo de la superficie de la Tierra. Este tipo de energía se utiliza para calentar casas y edificios.

El chocolate caliente tiene energía térmica de sus partículas vibratorias. Cuando viertes leche fría en tu chocolate caliente, parte de esta energía se transfiere del chocolate a las partículas de la leche.

¿Que ocurre? Tu chocolate caliente se enfría porque perdió parte de su energía térmica en la leche.
El té tiene energía térmica de sus partículas vibratorias. Cuando vierte un poco de leche fría en su té caliente, parte de esta energía se transfiere del té a las partículas de la leche.

Características de la Energía Térmica

• La energía térmica es una parte de la energía total de cualquier objeto.
• El joule es la unidad utilizada para medir la energía térmica.
• A diferencia de otras formas de energía, la energía térmica es difícil de convertir a otras formas de energía.
• Cuando la energía térmica se transfiere desde o hacia un objeto, se llama calor.
• La energía térmica está relacionada con la temperatura de un objeto.
• A diferencia de otras formas de energía, la cantidad de energía térmica no depende de la cantidad de trabajo que realiza un objeto.
• Aunque no fue el primero en usar el término energía térmica, James Joule recibe el crédito por ser el primero en hablar sobre la pérdida y la ganancia de calor.
• Cuando agrega hielo a una bebida caliente, parte de la energía térmica de las bebidas se transfiere al hielo, lo que hace que la bebida se enfríe.
• El calor y la temperatura no son lo mismo porque la temperatura está relacionada con que tan caliente o frío es.
• La energía térmica se puede transferir de tres maneras: convección, conducción y radiación.
• Los conductores, como los metales, son objetos que permiten que la energía térmica se mueva fácilmente a través de ellos.
• Los aislantes, como el plástico, son objetos que no permiten que la energía térmica se mueva fácilmente a través de ellos.

¿Cómo funciona la Energía Térmica?

En el siguiente vídeo te mostraremos cómo funciona una planta térmica convencional para generar energía calorifica o térmica.

¿Cómo se obtiene la Energía Calorífica?

La energía térmica se obtiene de varias formas:

• Directamente de la naturaleza. Sería el caso de la energía geotérmica o la energía solar térmica.
• Energía generada a partir de la energía química.
• Mediante una reacción exotérmica, como la combustión de algún combustible fósil.
• A través de una reacción de energía nuclear de fisión o de energía nuclear de fusión. Al partir el núcleo de un átomo se obtiene una gran cantidad de calor.
• Energía generada mediante energía eléctrica por efecto Joule o por efecto termoeléctrico.
• Energía térmica por rozamiento, como residuo de otros procesos mecánicos o químicos.

Transferencia de la Energía Térmica

El calor se puede transferir de una partícula a otra o de un objeto a otro de tres maneras diferentes.

• Transferencia de calor por conducción.
• Transferencia de energía térmica por convección.
• Transferencia de energía calorífica por radiación.

En Conclusión:

La energía térmica proviene de una sustancia cuyas moléculas y átomos vibran más rápido debido a un aumento en la temperatura.

La energía calorífica es otro nombre que se le conoce a la energía térmica.

La energía cinética es la energía de un objeto en movimiento. Como la energía térmica proviene de partículas en movimiento, es una forma de energía cinética.

Datos Curiosos:

¿Alguna vez te quemaste la mano por recoger algo caliente?
Esto se debe a que la energía térmica se transfirió del objeto caliente a su piel. Ouch!

Resumen Rápido

La energía térmica o calorífica se produce cuando los átomos y las moléculas de una sustancia vibran más rápido debido a un aumento de la temperatura.