Whatsapp icon Whatsapp

Energia térmica

A energia térmica é a quantidade de energia contida em algum sistema exclusivamente pelo efeito de sua temperatura. No entanto, não se deve confundir esse conceito com o de energia interna. A energia interna, por sua vez, é definida como a soma da energia cinética (translacional, rotacional e vibracional) com as diferentes formas de energia potencial (atrativa ou repulsiva) que podem existir entre as moléculas de um corpo.

Veja também: O que é o termômetro de Galileu?

O que é energia térmica?

O conceito de energia térmica é, portanto, problemático, uma vez que frequentemente é confundido com o conceito de energia interna. Por isso, iremos definir esse último de forma objetiva: energia interna é a forma de energia contida em um sistema por virtude exclusiva de sua temperatura.

O ar no interior do balão recebe energia térmica da chama.
O ar no interior do balão recebe energia térmica da chama.

De maneira mais rigorosa, dizemos que a energia térmica corresponde à diferença de energia entre um objeto a certa temperatura e a energia que ele apresentaria quando na temperatura do zero absoluto. Em outras palavras, podemos dizer que, para os gases ideais, a energia térmica consiste na soma da energia cinética de suas partículas.

A energia térmica de um sistema pode ser transferida para outros corpos em decorrência de uma diferença de temperatura, nesse caso, chamamos a transferência de energia térmica de calor.

Os gases ideais não apresentam qualquer tipo de interação (energia potencial) entre suas partículas, é por isso que, exclusivamente para esse tipo de sistema, a energia interna corresponde à energia térmica. Sendo assim, neste artigo descreveremos as propriedades da energia térmica tratando-a como um sinônimo de energia interna.

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

Fórmula de energia térmica

Nos gases ideais, a energia cinética translacional é muito mais expressiva do que as energias cinéticas de rotação e vibração. De acordo com a teoria cinética dos gases, a energia cinética translacional média das moléculas de um gás monoatômico ideal (que corresponde à sua energia térmica) pode ser calculada por meio da seguinte identidade:

ECIN - energia cinética média (J)

KB - constante de Boltzmann (1,38.10-23 J/k)

T - temperatura (K)

A figura esquematiza algumas possibilidades de movimento que as moléculas fazem.
A figura esquematiza algumas possibilidades de movimento que as moléculas fazem.

A equação anterior é resultado do teorema da equipartição da energia. Segundo esse teorema, cada grau de liberdade, ou seja, cada possível direção de movimento das moléculas equivale a um fator de ½ sobre a energia cinética média. No caso descrito, como consideramos somente o movimento de translação, há somente três possibilidades: as direções x,y e z. Por isso, o fator que multiplica o produto KBT é 3/2.

Veja também: O que é força?

Onde encontramos energia térmica

Qualquer corpo que esteja a uma temperatura superior ao zero absoluto (0 K ou -273,15 ºC) apresenta energia térmica. Os movimentos executados por seus elementos constituintes (átomos, nêutrons, prótons e elétrons) conferem-no essa energia.

Quando algum corpo encontra-se em temperaturas superiores às de suas vizinhanças, sua energia térmica fluirá de forma espontânea em direção aos corpos de menor temperatura, até que se estabeleça o equilíbrio térmico. A situação de equilíbrio térmico é devidamente definida pela lei zero da termodinâmica.

Como funciona a energia térmica

A energia térmica de um corpo é diretamente proporcional à sua temperatura e corresponde à soma das energias cinéticas do conjunto de moléculas que o constituem. Podemos escrever essa definição da energia interna no formato de um somatório das energias cinéticas de cada molécula:

ET - energia térmica (J)

KI - energia térmica da i-ésima molécula

É importante notar que a energia cinética que contribui para a energia térmica trata-se somente da energia térmica das partículas constituintes do sistema. Desse modo, a energia cinética macroscópica do sistema não contribui para o cálculo da sua energia térmica.

Veja também: Cinco mitos da física em que você sempre acreditou

Usos da energia térmica

A energia térmica pode ser extraída de corpos aquecidos e transformada em outras formas de energia, como acontece nas usinas termoelétricas. Nesse tipo de usina, a água é aquecida sob altas pressões, quando liberada, transforma-se em vapor de água e a grande energia cinética de suas partículas é usada para movimentar grandes turbinas. O movimento das turbinas é, em seguida, convertido em energia elétrica por meio do princípio da indução eletromagnética.

Quando queimados, os combustíveis como gasolina, álcool e carvão adquirem uma grande quantidade de energia térmica, essa energia, por sua vez, é transferida para as vizinhanças e pode ser usada para mover grandes máquinas, como os motores de combustão interna, usados em automóveis de todos os tipos.

Veja também: Entropia, uma grandeza termodinâmica

Energia térmica e calor

É necessário estabelecermos uma diferença entre os conceitos de energia térmica e calor. Dizemos que calor é a transferência de energia térmica, no entanto, não é verdade que um corpo dotado de muita energia térmica seja capaz de transferi-la em grandes taxas.

Um clássico exemplo disso é a chama de uma vela: na região inferior da queima, onde se vê uma cor azulada, a temperatura pode chegar a 1400 ºC, entretanto, a capacidade de transferência de energia da vela é muito pequena. Isso ocorre porque essa taxa de transferência depende diretamente da massa do corpo que a transfere em forma de calor.

A próxima equação, conhecida como a equação fundamental da calorimetria, mostra como é calculada a quantidade de calor trocada entre corpos de diferentes temperaturas:

Q - calor (J)

m - massa (kg)

c - calor específico (J/kg.K)

ΔT - variação de temperatura (K)

O gás que é expelido do maçarico é capaz de transferir grande quantidade de energia térmica.
O gás que é expelido do maçarico é capaz de transferir grande quantidade de energia térmica.

A equação mostra-nos que a transferência de energia térmica depende da massa do corpo, da variação de temperatura sofrida por ele e também de uma propriedade física microscópica chamada de calor específico.

O calor específico é uma propriedade de cada substância que define qual é a quantidade de energia térmica em trânsito necessária para variar a temperatura de 1 kg de substância em 1 K (ou 1 ºC). Uma unidade comumente usada para a medida de calor específico é a cal/g ºC, nesse caso, utiliza-se a água como uma referência: é necessário 1 cal para variar a temperatura de 1g de água em 1 ºC.


Publicado por Rafael Helerbrock

Artigos Relacionados

Calor específico
Você sabe o que é calor específico? Clique aqui e entenda mais sobre Termologia!
Calor latente
Clique aqui e saiba o que é o calor latente. Conheça seus tipos e sua fórmula. Descubra qual é a diferença entre calor latente e calor sensível.
Calor sensível
Você sabe o que é calor sensível? Acesse o artigo e saiba o que é, conheça as fórmulas e aprenda a calcular a quantidade de calor sensível.
Conversão de unidades
Você sabe fazer conversões de unidades? Converter unidades é um processo bastante simples e muito útil para resolver exercícios de Física. Por meio desse processo, é possível adequar as unidades dos exercícios para resolvê-los com mais facilidade. Aprenda a converter unidades de comprimento, área, volume, intervalo de tempo e de velocidade com esse artigo.
Entropia, uma grandeza termodinâmica
Entropia é uma grandeza termodinâmica que mede o grau de multiplicidade de estados de um sistema. A entropia indica a aleatoriedade e a quantidade de energia indisponível ou dissipada em um sistema termodinâmico. Confira este texto e aprenda sobre o que é esse importante, porém pouco compreendido, conceito físico.
Escalas termométricas
Clique para entender tudo sobre as escalas termométricas. Confira aqui o que são as escalas termométricas, quais são elas, exercícios resolvidos e muito mais.
Temperatura
Saiba mais sobre temperatura, conheça a definição dessa importante grandeza, confira quais são escalas termométricas e descubra a relação entre calor e temperatura!
video icon
Escrito"Dilema do prisioneiro" sobre a ilustração frontal de dois prisioneiros sentados em celas diferentes.
Filosofia
Dilema do prisioneiro
Saiba o que é o dilema do prisioneiro, um problema da Teoria dos Jogos que interessa as ciências sociais, economia, ciência política, sociologia e a biologia evolutiva.

Outras matérias

Biologia
Matemática
Geografia
Física
Vídeos
video icon
Pessoa com as pernas na água
Saúde e bem-estar
Leptospirose
Foco de enchentes pode causar a doença. Assista à videoaula e entenda!
video icon
fone de ouvido, bandeira do reino unido e caderno escrito "ingles"
Gramática
Inglês
Que tal conhecer os três verbos mais usados na língua inglesa?
video icon
três dedos levantados
Matemática
Regra de três
Com essa aula você revisará tudo sobre a regra de três simples.