Energia termica

    



Di Giorgio Alessio






Energia termica






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L'energia termica è una forma di energia che è posseduta da tutti i corpi, i quali abbiano una temperatura superiore allo zero assoluto. Non tutta l'energia termica può essere trasformata in energia meccanica.L'energia termica di un sistema rappresenta l'energia cinetica media Ec delle particelle del sistema, che tiene conto dei movimenti di traslazione, di rotazione e di vibrazione delle particelle, ed cresceall'aumentaredellatemperatura.
Tutte le sostanze sono composte da molecole. Tali particelle sono legate tra loro da forze intramolecolari di intensità più o meno grande.
Nei solidi le molecole non sono immobili nello spazio, ma oscillano intorno una loro posizione di equilibrio. Esse sono, quindi, in continua agitazione. Tuttavia dei legami abbastanza forti le tengono unite tra loro, cosi la loro struttura risulta indeformabile: infatti tutti i solidi hanno una forma ed un volume proprio.L'oscillazione delle molecole è di ampiezza più o meno grande, secondo la quantità di energia termica che un corpo possiede. Per temperature elevate le oscillazioni sono più ampie, mentre a temperature inferiori corrispondono oscillazioni più ridotte.
Questo fatto spiega come la resistenza elettrica delle sostanze aumenti al crescere della temperatura: a temperature maggiori corrispondono oscillazioni di ampiezza maggiore delle molecole (o degli atomi), per cui le cariche responsabili della conduzione elettrica incontrano maggiore difficoltà nell'attraversare il materiale. Nei liquidi le molecole sono legate tra loro da forze più deboli e per tale ragione un liquido non possiede una forma propria.
Nei gas le molecole godono di un'estrema libertà di movimento. Esse si muovono in modo caotico e casuale, in modo tanto maggiore quanto più alta è la temperatura del gas. L'energia cinetica, associata alle oscillazioni o al movimento di tali molecole, e l'energia potenziale, dovuta alla loro posizione reciproca, costituiscono l'energia interna del corpo. Tale energia è indipendente dal fatto che il corpo, di cui le molecole sono il costituente fondamentale, sia nel suo complesso fermo o in movimento.Oltre la temperatura, una manifestazione importante dell'energia termica è il calore, trasferimento dell'energia termica tra due corpi. Il calore è il modo in cui due corpi possono scambiarsi energia termica.

Produzione dell'energia termica

L'energia termica può essere prodotta in grande quantità semplicemente attraverso le combustioni, oppure per mezzo di reazioni nucleari, o anche attraverso il passaggio di corrente elettrica attraverso un filo (cioè per effetto Joule), come avviene nelle stufe elettriche e in tutti gli elettrodomestici che sviluppano calore (lavatrice, forno elettrico, ecc). Due sono le fonti naturali di calore: il Sole e il sottosuolo. Un esempio è quando si fa passare corrente nella resistenza di uno scaldabagno e l'acqua si riscalda. Anche in questo caso si ha una trasformazione di energia: dalla forma elettrica alla forma termica. Il consumo dell'energia elettrica servita per alimentare la resistenza può essere misurato da un contatore elettrico, mentre l'energia termica acquistata dall'acqua può essere misurata da un termometro che registra l'aumento di temperatura. L'aumento di temperatura testimonia l'acquisizione di energia termica da parte delle sostanze.

Trasformazione in altre forme di energia










Centrale termica solare, per la conversione dell'energia termica solare in energia elettrica.

Trasformazione in energia elettrica

L'energia termica può trasformarsi in altre forme di energia. Si trasforma in energia elettrica nelle centrali termoelettriche, nelle centrali geotermiche e nelle centrali solari, come illustrato dall’ immagine precedente.



Trasformazione in energia potenziale

Riscaldando un gas a volume costante, aumenta l'energia cinetica media delle particelle che lo compongono, che così incrementano la pressione sulle pareti del recipiente che le contiene. Il gas ha acquisito energia potenziale, così è in grado di espandersi e poter compiere un lavoro. L'energia potenziale acquisita dal gas è dovuta all'energia termica somministratagli. Nel caso in cui il gas sia in grado di espandersi, compie un lavoro e così consuma parte dell'energia acquisita. L'acquisizione di energia termica da parte del gas viene confermata dall’aumento della sua temperatura.