Energía térmica

Energía que se mide por la temperatura.

En esta pieza metálica caliente se puede observar la radiación térmica en luz visible, debida a la radiación del cuerpo negro .

La "energía térmica" se utiliza libremente en diversos contextos de la física y la ingeniería, generalmente relacionada con la energía cinética de los átomos que vibran y chocan en una sustancia. Puede referirse a varios conceptos físicos diferentes y bien definidos. Estos incluyen la energía interna o entalpía de un cuerpo de materia y la radiación; el calor , definido como un tipo de transferencia de energía (al igual que el trabajo termodinámico ); y la energía característica de un grado de libertad ,, en un sistema que se describe en términos de sus constituyentes de partículas microscópicas (donde denota temperatura y denota la constante de Boltzmann ). ${\displaystyle k_{\mathrm {B} }T}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle k_{\mathrm {B} }}$

Relación con el calor y la energía interna.

En termodinámica , el calor es energía transferida hacia o desde un sistema termodinámico mediante mecanismos distintos al trabajo termodinámico o la transferencia de materia, como la conducción, la radiación y la fricción. ^{[1] [2] [3]} El calor se refiere a una cantidad transferida entre sistemas, no a una propiedad de ningún sistema, o "contenida" dentro de él. ^[4] Por otro lado, la energía interna y la entalpía son propiedades de un solo sistema. El calor y el trabajo dependen de la forma en que se produjo una transferencia de energía, mientras que la energía interna es una propiedad del estado de un sistema y, por lo tanto, puede entenderse sin saber cómo llegó allí. ^{[ cita necesaria ]}

Energía térmica macroscópica

La energía interna de un cuerpo puede cambiar en un proceso en el que la energía potencial química se convierte en energía no química. En tal proceso, el sistema termodinámico puede cambiar su energía interna realizando trabajo sobre su entorno o ganando o perdiendo energía en forma de calor. No es del todo lúcido decir simplemente que "la energía potencial química convertida se ha convertido simplemente en energía interna". Es, sin embargo, más conveniente y más lúcido decir que "la energía potencial química se ha convertido en energía térmica". Dicha energía térmica puede verse como un contribuyente a la energía interna o a la entalpía, pensando en la contribución como un proceso sin pensar que la energía aportada se ha convertido en un componente identificable de las energías interna o entálpica. Por tanto, la energía térmica se considera una "entidad de proceso" más que una "entidad física duradera". Esto se expresa en el lenguaje tradicional común hablando de "calor de reacción" . ^{[ cita necesaria ]}

El término "energía térmica" también se aplica a la energía transportada por un flujo de calor, ^[5] aunque también puede denominarse simplemente calor o cantidad de calor. ^{[ cita necesaria ]}

Energía térmica microscópica

En una explicación mecánica estadística de un gas ideal , en el que las moléculas se mueven independientemente entre colisiones instantáneas, la energía interna es la suma total de las energías cinéticas de las partículas independientes del gas , y es este movimiento cinético la fuente y el efecto de la transferencia de calor a través de los límites de un sistema. Para un gas que no tiene interacciones entre partículas excepto colisiones instantáneas, el término "energía térmica" es efectivamente sinónimo de " energía interna ". En muchos textos de física estadística , "energía térmica" se refiere a , el producto de la constante de Boltzmann y la temperatura absoluta , también escrita como . ^{[6] [7] [8] [9] [10]} En un material, especialmente en materia condensada, como un líquido o un sólido, en el que las partículas constituyentes, como moléculas o iones, interactúan fuertemente entre sí, Las energías de tales interacciones contribuyen en gran medida a la energía interna del cuerpo, pero no son simplemente evidentes en la temperatura. ^{[ cita necesaria ]} ${\displaystyle kT}$ ${\displaystyle k_{\text{B}}T}$

Contexto histórico

En una conferencia de 1847 titulada "Sobre la materia, la fuerza viva y el calor", James Prescott Joule caracterizó varios términos que están estrechamente relacionados con la energía térmica y el calor. Identificó los términos calor latente y calor sensible como formas de calor, cada una de las cuales afecta a fenómenos físicos distintos, a saber, la energía potencial y cinética de las partículas, respectivamente. ^[11] Describió la energía latente como la energía de interacción en una configuración determinada de partículas, es decir, una forma de energía potencial, y el calor sensible como una energía que afecta la temperatura medida por el termómetro debido a la energía térmica, a la que llamó vida. fuerza. ^{[ cita necesaria ]}

Energía térmica inútil

Si la temperatura mínima del entorno de un sistema es y la entropía del sistema es , entonces una parte de la energía interna del sistema que asciende a no se puede convertir en trabajo útil. Ésta es la diferencia entre la energía interna y la energía libre de Helmholtz . ^{[ cita necesaria ]} ${\displaystyle T_{\text{e}}}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle S\cdot T_{\text{e}}}$

Ver también

• Energía geotérmica
• Calefacción geotérmica
• Energía geotermica
• Transferencia de calor
• Conversión de energía térmica oceánica
• Órdenes de magnitud (temperatura)
• bateria termica
• Almacenamiento de energía térmica

Referencias

1. Bailyn, M. (1994). Un estudio sobre termodinámica , American Institute of Physics Press, Nueva York, ISBN  0-88318-797-3 , p. 82.
2. Nacido, M. (1949). Filosofía natural de la causa y el azar, Oxford University Press, Londres, pág. 31.
3. Thomas W. Leland Jr., GA Mansoori (ed.), Principios básicos de la termodinámica clásica y estadística (PDF) , archivado (PDF) desde el original el 28 de septiembre de 2011 , consultado el 2 de enero de 2014
4. Robert F. Speyer (2012). Análisis Térmico de Materiales . Ingeniería de Materiales. Marcel Dekker, Inc. pág. 2.ISBN _ 978-0-8247-8963-3.
5. Ashcroft, Neil ; Mermín, N. David (1976). Física del Estado Sólido . Harcourt . pag. 20.ISBN _ 0-03-083993-9. Definimos la densidad de corriente térmica como un vector paralelo a la dirección del flujo de calor, cuya magnitud da la energía térmica por unidad de tiempo que cruza una unidad de área perpendicular al flujo. ${\displaystyle {\bf {j}}^{q}}$
6. Reichl, Linda E. (2016). Un curso moderno de física estadística . John Wiley e hijos . pag. 154.ISBN _ 9783527690466.
7. Kardar, Mehran (2007). Física Estadística de Partículas . Prensa de la Universidad de Cambridge . pag. 243.ISBN _ 9781139464871.
8. Feynman, Richard P. (2000). "Las máquinas informáticas del futuro". Artículos seleccionados de Richard Feynman: con comentarios . Científico Mundial . ISBN 9789810241315.
9. Feynman, Richard P. (2018). Mecánica estadística: una serie de conferencias . Prensa CRC . pag. 265.ISBN _ 9780429972669.
10. Kittel, Charles (2012). Física Estadística Elemental . Corporación de mensajería . pag. 60.ISBN _ 9780486138909.
11. JP Joule (1884), "Materia, fuerza viva y calor", Los artículos científicos de James Prescott Joule , The Physical Society of London, p. 274 , consultado el 2 de enero de 2013 , me inclino a creer que ambas hipótesis serán válidas: que en algunos casos, particularmente en el caso del calor sensible , o el que indica el termómetro, el calor será Se encuentra que consiste en la fuerza viva de las partículas de los cuerpos en los que se induce; mientras que en otros, particularmente en el caso del calor latente , los fenómenos se producen por la separación de una partícula a otra, de modo que se atraen entre sí a través de un espacio mayor.