Energia termica

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L'energia termica è la forma di energia derivata da una qualsiasi fonte di calore.

L'energia termica di un sistema rappresenta l'energia cinetica media E_c delle particelle del sistema, che tiene conto dei movimenti di traslazione, di rotazione e di vibrazione delle particelle, ed aumenta con l'aumentare della temperatura.

Può essere espressa da:

dove è la costante di Boltzmann e T è la temperatura assoluta.

L'Energia termica è la forza del calore. Nessun essere vivente può sopravvivere senza calore. Il calore è importante anche per la produzione di elettricità. Per ricavare elettricità dal calore è necessario un materiale combustibile. La produzione di elettricità da combustibili fossili (petrolio, gas naturale, carbone) non è rinnovabile, dato che le riserve di combustibile sono limitate. Si può però ricavare energia termica anche da altre fonti di calore, e cioè dalle fonti energetiche rinnovabili come il calore terrestre e quello solare oppure attraverso l'utilizzo dell'energia nucleare.

Se due corpi si trovano a temperature differenti, si verificherà un flusso di energia dal corpo a temperatura maggiore verso il corpo a temperatura minore. Questa energia é denominata energia termica, o calore. Essa può essere prodotta in grande quantità semplicemente attraverso le combustioni, oppure per mezzo di reazioni nucleari, o anche attraverso il passaggio di corrente elettrica attraverso un filo ad alta resistenza, come avviene nelle stufe elettriche, e in tutti gli elettrodomestici che sviluppano calore (lavatrice, forno elettrico, ecc). Due sono le fonti naturali di calore: il Sole e il sottosuolo.

Quindi e' il calore la modalità con cui due corpi possono scambiarsi energia termica. Riscaldando un gas a volume costante, aumenta l'energia cinetica media delle particelle che lo compongono, che così incrementano la pressione sulle pareti del recipiente che le contiene. Il gas ha acquisito energia potenziale, a livello macroscopico, ed è così in grado, eventualmente, di espandersi e poter compiere un lavoro. L'energia potenziale acquisita dal gas è dovuta all'energia termica somministratagli. Nel caso il gas possa espandersi, compie un lavoro e così consuma parte dell'energia che ha acquisito. L'acquisizione di energia termica da parte del gas viene confermata dal fatto che il gas aumenta la sua temperatura. Se si fa passare corrente nella resistenza di uno scaldabagno, l'acqua si riscalda. Anche in questo caso si ha una trasformazione di energia:dalla forma elettrica alla forma termica. Il consumo dell'energia elettrica servita per alimentare la resistenza può essere misurato da un contatore, l'energia termica acquistata dall'acqua da un termometro che registra l'aumento di temperatura. In ambedue gli esempi, l'aumento di temperatura testimonia l'acquisizione di energia termica da parte delle sostanze. Tutte le sostanze sono composte da molecole. Tali particelle sono legate tra loro da forze intramolecolari di intensità più o meno grande. Nei solidi le molecole non sono immobili nello spazio, ma oscillano attorno ad una loro posizione di equilibrio. Esse sono, quindi, in continua agitazione. Tuttavia dei legami abbastanza forti le tengono unite tra loro, cosicché la loro struttura risulta indeformabile: infatti tutti i solidi hanno una forma ed un volume propri. L'oscillazione delle molecole è di ampiezza più o meno grande a seconda della quantità di energia termica che un corpo possiede. Per temperature elevate le oscillazioni sono più ampie, mentre a temperature inferiori corrispondono oscillazioni più ridotte. Questo fatto spiega come la resistenza elettrica delle sostanze aumenti al crescere della temperatura: a temperature maggiori corrispondono oscillazioni di ampiezza maggiore delle molecole (o degli atomi) per cui le cariche responsabili della conduzione elettrica incontrano maggiore difficoltà nell'attraversare il materiale. Nei liquidi le molecole sono legate tra loro da forze più deboli e per tale ragione un liquido non possiede una forma propria. Nei gas le molecole godono di un'estrema libertà di movimento. Esse si muovono in modo molto caotico e casuale in maniera tanto maggiore quanto più è alta la temperatura del gas. L'energia cinetica associata alle oscillazioni o al movimento di tali molecole e l'energia potenziale dovuta alla loro posizione reciproca costituiscono l'energia interna del corpo. Tale energia è indipendente dal fatto che il corpo, di cui le molecole sono il costituente fondamentale, sia nel suo complesso fermo o in movimento.