Energia térmica

Energia t�rmica � uma forma de energia que est� diretamente associada � temperatura absoluta de um sistema, e corresponde classicamente � soma das energias cin�ticas microsc�picas que suas part�culas constituintes possuem em virtude de seus movimentos de transla��o, vibra��o ou rota��o. Assume-se um referencial inercial sob o centro de massa do sistema. Em sistemas onde h� radia��o t�rmica confinada, a energia de tal radia��o tamb�m integra a energia t�rmica. A energia t�rmica de um corpo macrosc�pico corresponde assim � soma das energias cin�ticas de seus constituintes microsc�picos e das energias atreladas �s part�culas de radia��o (f�tons t�rmicos) por ele confinadas. � transfer�ncia de energia, impelida por uma diferen�a de temperaturas, de um sistema termodin�mico a outro, d�-se o nome de calor.

A temperatura de um g�s monoat�mico � relacionada � energia cin�tica m�dia de suas mol�culas quando em movimento. Nesta anima��o, a propor��o do tamanho dos �tomos de h�lio e sua separa��o seria alcan�ada sob uma press�o de 1950 atmosferas. Esses �tomos em temperatura ambiente t�m uma certa velocidade m�dia (aqui reduzida em dois bilh�es de vezes).

Energia t�rmica tamb�m pode designar, n�o a energia cin�tica total atrelada �s part�culas de um sistema, mas sim a energia cin�tica m�dia de cada uma das part�culas do sistema. Tais autores reservam ent�o a express�o energia calor�fica para se referirem � soma das energias cin�ticas das part�culas .

Descri��o

N�o se deve confundir energia t�rmica e temperatura, tampouco deve-se pensar que temperatura � uma medida direta da energia t�rmica de um sistema, pois ela n�o o �. Ao passo que a energia t�rmica representa a quantidade total de energia cin�tica atrelada �s part�culas de um sistema cl�ssico, sendo por tal uma grandeza extensiva, cujo valor depende do número N de partículas encerradas no sistema, a temperatura, uma grandeza intensiva, pode, grosso modo, ao menos em sistemas puros, ser atrelada à razão entre a energia térmica e o número de partículas encerradas no sistema; ou seja, a temperatura associa-se à energia cinética média de cada uma das partículas desse sistema.

Especificamente, a temperatura atrela-se diretamente à energia cinética média por grau de liberdade das partículas do sistema. Assim, unindo-se dois sistemas idênticos a fim de se formar um único sistema maior, a energia térmica do sistema composto será o dobro da energia térmica de cada um dos sistemas gêmeos antes separados. Já a temperatura será, segundo o enunciado, a mesma, quer em qualquer dos dois sistemas gêmeos quando separados, quer no sistema siamês por eles formado.

É certo, contudo, que, para um sistema onde a natureza e o número de partículas sejam mantidos constantes, a temperatura e a energia térmica são grandezas relacionadas. Aumentando-se a energia térmica do sistema aumenta-se certamente também a energia cinética média de cada uma das partículas do sistema, e por conseguinte também a temperatura desse.

Na maioria das reações químicas espontâneas exoenergéticas a energia inicialmente armazenada na forma de energia potencial elétrica na distribuição eletrônica dos elétrons na estrutura dos reagentes é convertida em energia térmica armazenada nas partículas dos produtos, o que mantém a energia interna do sistema formado pelos reagentes e/ou produtos constante em obediência à lei da conservação da energia, mas leva a um considerável aumento na temperatura absoluta do sistema como um todo. Este sistema aquecido é então utilizado como a fonte quente (fonte térmica) em uma máquina térmica que tenha por função transformar energia térmica oriunda da fonte quente (calor) em trabalho. No processo uma parcela da energia térmica acaba renegada à fonte fria.

O calor é a transferência de energia térmica que se dá entre dois sistemas devido exclusivamente à diferença de temperatura entre esses sistemas ou corpos.

Unidades

A energia térmica e o calor medem-se em unidades de energia: o Joule no sistema SI, ou de forma alternativa a caloria, esta última certamente mais adequada à medida de calor e não da energia térmica propriamente dita. Embora a temperatura absoluta também possa ser medida em (sub)unidades de energia, essa é contudo medida em kelvin, unidade essa que difere daquela apenas por um fator igual à unidade atrelada à constante de Boltzmann.

A definição de caloria é a quantidade de calor (energia) necessária para elevar-se 1 grama de água de 14,5 graus Celsius (°C) para 15,5 °C.

Em linguagem matemática a energia térmica é definida como:

$$E_{\mbox{térmica}}=\sum {E_{c}}_{i}$$

Para sistemas onde vale o princípio da equipartição da energia, o que aplica-se a vários sistemas termodinâmicos, ela pode ser expressa por:$$E_{\mbox{térmica}}=rN{\frac {K_{B}T}{2}}\;,$$

onde K_B corresponde à constante de Boltzmann, N corresponde ao número de partículas no sistema, T corresponde à temperatura absoluta do sistema e r corresponde ao número de graus de liberdade por partícula do sistema, podendo r assumir valores entre r=9 - três graus de translação, três de rotação e três de vibração - para sistemas compostos por partículas mais complexas e r=3 nos sistemas tridimensionais mais simples - compostos por partículas puntuais com três graus de translação apenas.

Ver também

• Energia
• Energia interna
• Energia química
• Temperatura absoluta
• Calor
• Termodinâmica
• Leis da termodinâmica