Energía Térmica

La energía térmica es una energía que se manifiesta gracias a la excitación cinética de las partículas que conforman los materiales. La energía térmica puede transmitirse mediante la liberación de calor, trabajo o reacciones químicas que alteren el estado originario de una sustancia. Se produce naturalmente a través de distintos fenómenos fácilmente apreciables, por lo que desde milenos, la humanidad le ha intentado sacar el máximo provecho.

Desde que el hombre ha logrado utilizar el fuego para sus propios fines y mantener su temperatura corporal construyendo chozas y ropajes, se ha esmerado en comprender el concepto de la energía térmica, que se puede entender como: Es el estado energético en el cual los átomos de un cuerpo se encuentran en constante agitación y movimiento caótico, este estado puede ser transmitido entre distintos materiales y transformado en otras formas de energía.

La energía térmica puede transmitirse entre toda clase de cuerpos en contacto. Tal como ocurre con la energía cinética, debe traspasarse de partícula en partícula para movilizarse. De la misma forma, se puede provocar incrementos importantes de temperatura mediante radiación y propagación de ondas. La velocidad a la que esta clase de energía puede trasladarse dependerá de las características del material y de la distancia existente entre los cuerpos.

Ejemplos

La energía térmica, al ser una característica ineludible en todos los materiales, puede demostrarse su actividad muchas maneras, por lo que no será difícil encontrar ejemplos de energía térmica.

Calor corporal


Un factor esencial para la supervivencia de casi todas las especies vivientes, es su capacidad para resistir temperaturas externas y mantener su propio calor corporal. Más allá de la sensación reconfortante que otorga una temperatura media, es necesaria para que los organismos vivos puedan metabolizarse correctamente, mantener en buen estado sus tejidos, membranas y órganos vitales para su supervivencia.

Actividad volcánica

Además de las elevadas presiones que puedan dominar en el interior del planeta, existen temperaturas descomunales capaces de fundir toda clase materiales habidos en la litósfera. La enorme cantidad de energía térmica permite el movimiento de placas tectónicas, al convertir en estado líquido las rocas, permite la superposición y desplazamiento gradual de las mismas, a su vez que mantienen activo el campo magnético de la Tierra por su rotación constante.

Luz solar


El ejemplo más eminente y significativo del que se puede tomar registro, es la presencia del sol. A través de la radiación emitida en su superficie, calienta planetas, satélites y demás cuerpos celestes. Es el factor más determinante del clima terrestre, la incidencia de los rayos del sol define las temporadas de lluvia y sequía, estaciones, costumbres de seres vivientes y el comportamiento de las mareas.

El fuego


Desde que la humanidad aprendió a dominarlo, el fuego ha sido la principal fuente del hombre cuando hay ausencia de luz solar. Incluso hoy en día, se puede decir con certeza que miles de personas alrededor del mundo utilizan en fuego para obtener calor. Y en su forma más elemental, el fuego se trata del resultado de una reacción química, de la ignición de un combustible en presencia de oxígeno, que da como resultado la liberación de calor y luz visible.

Cómo se produce

La energía térmica proviene de la excitación cinética de los átomos, que a su vez, pueden obtener este estado gracias a la intervención de otros tipos de energía; como la energía eléctrica, electromagnética y la resultante de diversos procesos químicos exotérmicos. También se tiene conocimiento de que la energía cinética, mediante la fricción, es capaz de generar importantes cantidades de calor.

Cómo funciona

La energía térmica tiene la capacidad de transmitirse a través de tres mecanismos bien definidos y estudiados por la ciencia. Por esto, actualmente se pueden diferenciar claramente los mecanismos por los que ésta se transfiere:

El calor de las brasas se siente sin estar en contacto con ellas, transferencia por Radiación.
  • Transferenia por radiación: Esta clase de transferencia no amerita que los cuerpos se encuentren en contacto directo para transmitirse la energía térmica, es posible gracias a que la energía se adquiere y emite mediante ondas electromagnéticas.
  • Transferencia por conducción: Al contrario de como ocurre con la transferencia por radiación, esta transferencia se refiere a la transmisión de calor de un cuerpo a otro mediante contacto directo.
  • Transferencia por convección: Similar a la transferencia por conducción, ésta se lleva a cabo entre las partículas existentes en un mismo fluido, sea un líquido o un gas, donde las porciones dentro de la solución van equilibrando su temperatura a medida que el calor se transmite entre las partes.

Tipos

La energía térmica es el producto directo de varias formas de energía bien conocidas, entre las que pueden mencionarse se tienen las siguientes:

Energía radiante


La energía radiante es la resultante de la acción de ondas electromagnéticas, contienen una energía tal que tienen la capacidad de incrementar la temperatura del cuerpo donde inciden o del medio por el que viajan.

Energía química


En gran cantidad de procesos químicos, la rotura de enlaces en los compuestos o la formación de los mismos, pueden generar energía térmica. De igual manera, en laboratorios y procedimientos industriales se debe llevar el control de la temperatura, dado que puede afectar la composición y estado de los materiales.

Energía cinética


Es en esencia la naturaleza de la energía térmica, el movimiento de las partículas. A mayor escala, la energía cinética, mediante la fricción de los materiales, transforma parte de la energía en calor, como puede apreciarse en los frenos de los vehículos al detenerse.

Usos

La energía térmica está contenida de una forma u otra en cada cuerpo del universo, así como está presente en cada proceso doméstico e industrial, los ejemplos no son difíciles de cuantificar.

Hornos de Olería, producción de ladrillos.
  1. Para calentar los alimentos se emplean cocinas, hornos y un sinfín de elementos para preparar diferentes tipos de comidas y bebidas, se obtiene mediante la energía eléctrica o el suministro de gas inflamable.
  2. Para calentar construcciones y edificios se utilizan sistemas de calefacción que regulan la temperatura de los ambientes internos, calentando directamente el aire, superficies y el agua potable.
  3. En la producción de energía generalmente se aprovecha indirectamente la energía nuclear y la solar, mediante el calentamiento y evaporación de grandes volúmenes de agua, las cuales provocan a su vez el funcionamiento de turbinas generadoras de energía.
  4. En procesos industriales para fabricar y procesar la materia prima, normalmente se requiere energía térmica, se trate del sector de la tecnología, construcción, medicina o cualquier otra actividad comercial que necesite un riguroso procesado de materiales.

Ventajas y desventajas

Esta clase de energía puede conllevar tanto ventajas como desventajas que deben considerarse por igual.

Ventajas

  • La energía térmica tiene diversos usos en la industria, lo que permite transformar la materia prima en productos más manejables para la producción de bienes.
  • En el ámbito doméstico puede aprovecharse fácilmente en cada aspecto cotidiano, como la cocina o calefacción, dado que no requiere de mucha experiencia ni conocimiento profesional para su uso.
  • Es abundante en la naturaleza, se consigue fácilmente a través de la radiación solar y quema de combustibles.
  • Permite aprovechar otras clases de energía, como ocurre con la nuclear y la solar.

Desventajas

  • Al aprovechar la energía térmica mediante la quema de combustibles fósiles, se generan agentes contaminantes al ambiente.
  • Es difícil de controlar a grandes escalas, cuando se calienta un cuerpo a elevadas temperaturas, usualmente debe transcurrir un largo período de tiempo hasta que se estabilice la temperatura o se vuelva manejable el material.
  • Para mantener una temperatura alta en un espacio o de un material con respecto a su entorno, se deben utilizar grandes cantidades de otras clases de energía, sea en forma de combustibles, energía eléctrica o energía radiante.

Fórmula matemática

Para calcular la energía térmica, se puede utilizar la siguiente ecuación, la cual determina la cantidad de energía contenida en un sistema controlado, también conocido como calor específico:

\[c= m/C\]

En esta ecuación

  • c= Calor específico
  • m= Masa de la sustancia.
  • C= Capacidad calorífica.