Energía Calorífica o Térmica

La energía calorífica, también conocida como energía térmica, es un tipo de energía que se genera a partir del movimiento de las partículas que conforman el átomo. Por eso, el calor y la energía son dos conceptos estrechamente vinculados.

Una definición breve de qué es la energía calorífica o energía térmica, se basa en describirla como la energía liberada por cualquier elemento en forma de calor. Este fenómeno ocurre debido a la agitación o movimiento de las partículas de un material. Cuando un material es sometido a un aumento de temperatura sus partículas se aceleran, generando así un incremento de la energía calórica. De esta manera, las mencionadas partículas liberan parte de su energía al exterior.

Una de las particularidades de la energía calórica es el hecho de que se trasmite de un material a otro por medio del contacto o la exposición. De esta manera, por ejemplo, al acercar un objeto caliente a otro a una menor temperatura ocurre una transferencia de energía térmica entre ambos elementos. Esta transferencia de energía en forma de calor se mantiene de manera continua hasta que ambos elementos consiguen el equilibrio termodinámico.

La energía calorífica también es una importante fuente de energía para generar otros tipos de energía que resultan de utilidad para la sociedad, por lo que podemos encontrar distintos tipos de centrales de energía que aprovechan los tipos de energía calorífica o térmica para generar, por ejemplo, energía eléctrica.

Ejemplos de energía calorífica

A continuación repasamos algunos ejemplos de energía calorífica aplicados en la vida real.

El sol como fuente de energía calorífica


Uno de los ejemplos más claros y sencillos de energía térmica o calorífica lo conseguimos en el sol. El sol es una fuente de energía calorífica, ya que la radiación solar emitida por el mismo, calienta la superficie de la tierra, objetos y organismos vivos que acá se encuentran. Este calor consigue acelerar las partículas a nivel atómico y generar un aumento en la energía térmica de los elementos que reciben radiación solar.

Paneles solares


Los paneles solares funcionan como objetos capaces de captar la energía del sol en forma de calor. De esta manera, la energía calorífica que un panel solar recibe al estar expuesto al sol, puede ser almacenada y transformada en otros tipos de energía como la energía eléctrica.

Calentar el agua


Cuando un recipiente con agua es sometido a una fuente de calor, este calor aumentará la temperatura del agua. Dicho de otro modo, el agua aumentará su energía térmica a raíz de estar en contacto con otro objeto de mayor temperatura. Cuando la energía térmica interna del agua llega a cierto punto, es posible que se manifieste un cambio de estado en la composición del agua (de líquida a gaseosa). Esto ocurre como consecuencia de la elevada energía calórica contenida por las moléculas de agua.

La fricción libera energía térmica


La fricción o rozamiento de la superficie de dos materiales u objetos hace que la energía cinética del movimiento libere calor en forma de energía térmica. Por eso, nuestras manos se calientan cuando las frotamos vigorosamente; Lo mismo aplica para todo tipo de materiales.

Funcionamiento de un horno eléctrico


El funcionamiento de un horno depende de la conversión de energía eléctrica en energía calórica. Por eso, al encender un horno eléctrico, este utiliza la corriente eléctrica para que sus resistencias (piezas capaces de convertir la energía eléctrica en calor) emanen energía calórica, la cual al entrar en contacto con los alimentos, transmite el calor necesario para su cocción.

Cómo se produce

La energía calórica o térmica se produce cuando un agente externo transmite calor a un elemento. El elemento que capta el calor aumenta su energía interna, lo cual genera un aumento en el movimiento de sus partículas. Por esto, se dice que el origen de la energía calórica se basa en la agitación de las partículas a nivel atómico. En cuanto a la manera en la cual se transmite este tipo de energía, es necesario saber cómo funciona la energía calórica.

Cómo funciona

Para entender cómo funciona la energía calórica o energía térmica, hay que comprender los principios termodinámicos que la rigen. De esta manera, nos encontramos con tres fenómenos termodinámicos que explican los principios de este tipo de energía en forma de calor:

  • Conducción: Cuando dos elementos sólidos con distintos niveles de energía calórica (temperaturas diferentes) entran en contacto, ocurre una transferencia de energía calórica conocida como conducción. Esto sucede cuando el elemento con mayor energía calórica (el más caliente) transmite calor al elemento con menor energía calórica (el más frío). Esta transferencia de energía finaliza cuando ambos elementos consiguen el equilibrio térmico.
  • Radiación: Cualquier fuente de radiación por medio de ondas electromagnéticas es capaz de transmitir energía calórica. El fenómeno de radiación se basa en la transmisión de calor por medio de las ondas infrarrojas que emiten fuentes naturales y artificiales como el sol o las bombillas incandescentes.
  • Convección: Se le conoce como convección a la manera en la cual se transmite la energía térmica o calórica por medio de líquidos y gases. Se debe tomar en cuenta que cuando una partícula aumenta su energía calórica, esta hace menos densa como consecuencia de la agitación de sus electrones hacia órbitas más externas. Por eso, los gases y líquidos dotados de mayor energía calórica (más calientes) siempre son menos densos que los que poseen menos energía calórica (más fríos

Tipos

Como se ha podido ver, la energía calórica puede manifestarse de distintas formas. Por eso, las transformaciones de la energía calórica o térmica son muy aprovechados por el hombre. Pasamos a repasar algunos tipos de energía térmica o calórica.

Energía geotérmica


La energía geotérmica es un tipo de energía calorífica que, como su nombre indica, proviene del suelo. El suelo es una fuente de energía térmica debido a que recibe calor por radiación proveniente del sol, aunque también obtiene energía calórica por conducción proveniente del núcleo de la tierra.

Este tipo de energía es muy utilizada en la actualidad por ser una fuente de energía renovable que permite dotar a las viviendas de calefacción y agua caliente sin necesidad de consumir energía eléctrica.

Energía solar fototérmica


La energía solar fototérmica es un tipo de energía térmica o calórica en el cual la radiación solar se convierte en calor, el cual por medio de diversos sistemas, es captado, transferido y utilizado para generar calefacción o generar electricidad.

Energía termoeléctrica


Este tipo de energía se produce cuando el agua es sometida a elevadas temperaturas. Cuando el agua recibe calor, eleva su temperatura hasta el punto de liberar energía calórica, la cual es aprovechada por las centrales termoeléctricas para generar electricidad a partir del agua.

Usos

La energía calorífica tiene múltiples usos para el ser humano, este tipo de energía ha estado vinculado con la actividad del hombre desde tiempos remotos. A continuación mencionamos algunos de los usos de la energía calorífica o térmica.

  1. En la generación de energía eléctrica, las centrales muchas veces utilizan la energía térmica para generar electricidad.
  2. En muchos sistemas de climatización de hogares y sitios residenciales se utiliza la energía térmica como fuente de calor.
  3. Muchos dispositivos electrónicos utilizan componentes que permiten captar energía térmica por medio de radiación para cargar sus baterías.
  4. El ser humano emplea la energía térmica para cocinar alimentos.
  5. Diversos equipos electrodomésticos como el refrigerador o el aire acondicionado utilizan la energía térmica para funcionar.

Ventajas y desventajas

Existen grandes beneficios y consecuencias derivadas del uso de la energía térmica. A continuación detallamos cada una de ellas.

Ventajas

  • La energía calórica es fundamental para la vida de la gran mayoría de los seres vivos. Especialmente para los animales de sangre fría.
  • Permite generar energía eléctrica.
  • Es un tipo de energía renovable.
  • Existen muchas fuentes de energía térmica.

Desventajas

  • Cuando es utilizada para generar electricidad, generalmente se emite CO2 y otros gases contaminantes a la atmosfera.
  • El uso de combustibles fósiles para generar energía calórica ocasiona un impacto negativo sobre el medio ambiente.
  • En los lugares con sistemas de calefacción por energía térmica de cualquier tipo, los costos de inversión inicial son mucho más elevados que en comparación a otros tipos de sistemas que emplean diferentes tipos de energía.
  • Las centrales de energía termoeléctricas afectan los ecosistemas terrestres y fluviales cuando se desecha agua caliente a elevadas temperaturas.

Fórmula matemática

En la física, química y termodinámica, la energía térmica es utilizada para realizar distintos cálculos, experimentos y diseños. La fórmula matemática empleada para obtener la energía térmica de un sistema es la siguiente:

\[Q=M*C*(Ti-Tf)\]

En esta ecuación

  • Q= Energía calorífica del sistema o elemento.
  • M= Masa de la sustancia.
  • C= Calor específico.
  • Ti= Temperatura inicial del sistema.
  • Tf= Temperatura final del sistema.