L'energia termica o energia interna è definita come la somma dell'energia cinetica e potenziale associata agli elementi microscopici che compongono la materia.
Gli atomi e le molecole che compongono i corpi hanno movimenti casuali di traslazione, rotazione e vibrazione. Questo movimento è chiamato agitazione termica.
La variazione di energia termica in un sistema avviene attraverso il lavoro o il calore.
Ad esempio, quando utilizziamo una pompa a mano per gonfiare una gomma di bicicletta, notiamo che la pompa si riscalda. In questo caso, l'aumento di energia termica è avvenuto per trasferimento di energia meccanica (lavoro).
Il trasferimento di calore normalmente provoca un aumento dell'agitazione di molecole e atomi in un corpo. Ciò produce un aumento dell'energia termica e di conseguenza un aumento della sua temperatura.
Quando due corpi con temperature diverse vengono messi in contatto, avviene un trasferimento di energia tra di loro. Dopo un certo periodo di tempo entrambi avranno la stessa temperatura, cioè raggiungeranno la equilibrio termico.
Energia termica, calore e temperatura
Sebbene i concetti di temperatura, calore ed energia termica siano confusi nella vita di tutti i giorni, fisicamente non rappresentano la stessa cosa.
Il calore è energia in transito, quindi non ha senso dire che un corpo ha calore. In effetti, il corpo ha energia interna o termica.
La temperatura quantifica le nozioni di caldo e freddo. Inoltre, è la proprietà che regola il trasferimento di calore tra due corpi.
Il trasferimento di energia sotto forma di calore avviene solo a causa della differenza di temperatura tra due corpi. Si presenta spontaneamente dal corpo con la temperatura più alta alla temperatura più bassa.
Ci sono tre modi in cui diffusione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento.
A guida, l'energia termica viene trasmessa attraverso l'agitazione molecolare. A convezione l'energia si propaga attraverso il movimento del fluido riscaldato, poiché la densità varia con la temperatura.
già dentro irraggiamento termico, la trasmissione avviene tramite onde elettromagnetiche.
Per saperne di più leggi anche Calore e temperatura
Formula
L'energia interna di un gas ideale, formato da un solo tipo di atomo, può essere calcolata con la seguente formula:
Essere,
U: energia interna. L'unità nel sistema internazionale è il joule (J)
n: numero in moli di gas
R: costante del gas ideale
T: temperatura in kelvin (K)
Esempio
Qual è l'energia interna di 2 moli di un gas perfetto, che in un dato momento ha una temperatura di 27 °C?
Considera R=8.31 J/mol. K.
Per prima cosa dobbiamo cambiare la temperatura in kelvin, quindi avremo:
T = 27 + 273 = 300 K
Quindi basta sostituirlo nella formula
Utilizzo dell'energia termica
Fin dall'inizio, abbiamo utilizzato l'energia termica del sole. Inoltre, l'uomo ha sempre cercato di creare dispositivi in grado di convertire e moltiplicare queste risorse in energia utile, principalmente nella produzione di elettricità e trasporto.
La trasformazione dell'energia termica in energia elettrica, da utilizzare su larga scala, viene effettuata negli impianti termoelettrici e termonucleari.
In questi impianti viene utilizzato del combustibile per riscaldare l'acqua in una caldaia. Il vapore prodotto muove le turbine collegate al generatore di energia elettrica.
Nel centrali termonucleari, il riscaldamento dell'acqua avviene attraverso l'energia termica rilasciata dalla reazione di fissione nucleare degli elementi radioattivi.
già il centrali termoelettriche, utilizzano allo stesso scopo la combustione di materie prime rinnovabili e non.
Vantaggi e svantaggi
Le centrali termoelettriche, in generale, hanno il vantaggio di poter essere installate vicino ai centri di consumo, il che riduce i costi con l'installazione di reti di distribuzione. Inoltre, non dipendono da fattori naturali per funzionare, come nel caso delle piante centrali idroelettriche e vento.
Tuttavia, sono anche il secondo produttore di gas gassosi. effetto serra. I suoi principali impatti sono l'emissione di gas inquinanti che riducono la qualità dell'aria e il riscaldamento delle acque dei fiumi.
Impianti di questo tipo presentano differenze a seconda del tipo di combustibile utilizzato. Nella tabella sottostante, mostriamo i vantaggi e gli svantaggi dei principali combustibili attualmente utilizzati.
tipo di pianta |
Benefici |
Svantaggi |
|---|---|---|
Termoelettrico a Carbone |
• Alta produttività • Basso costo di carburante e costruzione |
• È quello che emette più gas serra • I gas emessi causano pioggia acida
• L'inquinamento causa problemi respiratori |
Termoelettrico a gas naturale |
• Meno inquinamento locale rispetto al carbone • Basso costo di costruzione |
• Elevate emissioni di gas serra • Variazione molto ampia nel costo del carburante (associata al prezzo del petrolio) |
Termoelettrico a biomassa |
• Basso costo di carburante e costruzione • Basse emissioni di gas serra |
• Possibilità di deforestazione per la coltivazione di piante che daranno origine a biomassa. • Contestare lo spazio territoriale con la produzione alimentare |
Termonucleare |
• Praticamente nessuna emissione di gas serra • Alta produttività |
• Costo alto • Produzione di spazzatura radioattiva
• Le conseguenze degli incidenti sono molto gravi |
Vedi anche:
- Fonti di energia
- Esercizi sulle fonti di energia (con modello).
