Energía térmica

Energía que se mide por temperatura

La radiación térmica en luz visible se puede ver en esta estructura de metal caliente.

La energía térmica se refiere a varios conceptos físicos distintos, como la energía interna de un sistema; calor o calor sensible , que se definen como tipos de transferencia de energía (como es el trabajo ); o para la energía característica de un grado de libertad en un sistema térmico , donde es la temperatura y es la constante de Boltzmann .${\displaystyle kT}$${\displaystyle T}$${\displaystyle k}$

Relación con el calor y la energía interna

En termodinámica , el calor es energía en transferencia hacia o desde un sistema termodinámico, por mecanismos distintos al trabajo termodinámico o transferencia de materia. ^{[1] [2] [3] El} calor se refiere a una cantidad transferida entre sistemas, no a una propiedad de cualquier sistema, o "contenida" dentro de él. ^[4] Por otro lado, la energía interna es una propiedad de un solo sistema. El calor y el trabajo dependen de la forma en que se produjo una transferencia de energía, mientras que la energía interna es una propiedad del estado de un sistema y, por lo tanto, se puede entender sin saber cómo llegó la energía allí.

En una cuenta mecánica estadística de un gas ideal , en la que las moléculas se mueven independientemente entre colisiones instantáneas, la energía interna es la suma total de las energías cinéticas de las partículas independientes del gas, y este movimiento cinético es la fuente y el efecto de la transferencia de calor a través de la frontera de un sistema. Para un gas que no tiene interacciones de partículas excepto en colisiones instantáneas, el término "energía térmica" es efectivamente sinónimo de " energía interna ". En muchos textos de física estadística , "energía térmica" se refiere al producto de la constante de Boltzmann y la temperatura absoluta , también escrito como . ^[5]${\displaystyle kT}$${\displaystyle k_{\text{B}}T}$ En un material, especialmente en materia condensada, como un líquido o un sólido, en el que las partículas constituyentes, como moléculas o iones, interactúan fuertemente entre sí, las energías de tales interacciones contribuyen fuertemente a la energía interna del cuerpo. pero no son simplemente evidentes en la temperatura.

El término "energía térmica" también se aplica a la energía transportada por un flujo de calor, ^[6] aunque esto también se puede llamar simplemente calor o cantidad de calor.

Contexto histórico

En una conferencia de 1847 titulada "Sobre la materia, la fuerza viva y el calor", James Prescott Joule caracterizó varios términos que están estrechamente relacionados con la energía térmica y el calor. Identificó los términos calor latente y calor sensible como formas de calor, cada una de las cuales afecta a distintos fenómenos físicos, a saber, la energía potencial y cinética de las partículas, respectivamente. ^[7] Describió la energía latente como la energía de interacción en una configuración dada de partículas, es decir, una forma de energía potencial , y el calor sensible como una energía que afecta la temperatura medida por el termómetro debido a la energía térmica, a la que llamó la energía viva. fuerza.

Energía térmica inútil

Si la temperatura mínima del entorno de un sistema es y la entropía del sistema es , entonces una parte de la energía interna del sistema que asciende a no se puede convertir en trabajo útil. Ésta es la diferencia entre la energía interna y la energía libre de Helmholtz .${\displaystyle T_{\text{e}}}$${\displaystyle S}$${\displaystyle S\cdot T_{\text{e}}}$

Ver también

• Transferencia de calor
• Conversión de energía térmica oceánica
• Órdenes de magnitud (temperatura)
• Almacenamiento de energía térmica
• Ciencia termal

Referencias

1. Bailyn, M. (1994). Una encuesta de termodinámica , American Institute of Physics Press, Nueva York, ISBN  0-88318-797-3 , p. 82.
2. Nacido, M. (1949). Filosofía natural de la causa y el azar , Oxford University Press, Londres, pág. 31.
3. Thomas W. Leland, Jr., GA Mansoori (ed.), Principios básicos de la termodinámica clásica y estadística (PDF)
4. Robert F. Speyer (2012). Análisis térmico de materiales . Ingeniería de Materiales. Marcel Dekker, Inc. pág. 2. ISBN 0-8247-8963-6.
5. • Reichl, Linda E. (2016). Un curso moderno de física estadística . John Wiley e hijos . pag. 154. ISBN 9783527690466.
   • Kardar, Mehran (2007). Física estadística de partículas . Prensa de la Universidad de Cambridge . pag. 243. ISBN 9781139464871.
   • Feynman, Richard P. (2000). "Las máquinas informáticas del futuro". Artículos seleccionados de Richard Feynman: con comentario . World Scientific . ISBN 9789810241315.
   • Feynman, Richard P. (2018). Mecánica estadística: una serie de conferencias . Prensa CRC . pag. 265. ISBN 9780429972669.
   • Kittel, Charles (2012). Física estadística elemental . Corporación de mensajería . pag. 60. ISBN 9780486138909.
6. Ashcroft, Neil ; Mermin, N. David (1976). Física del estado sólido . Harcourt . pag. 20. ISBN 0-03-083993-9. Definimos la densidad de corriente térmica como un vector paralelo a la dirección del flujo de calor, cuya magnitud da la energía térmica por unidad de tiempo que atraviesa una unidad de área perpendicular al flujo.${\displaystyle {\bf {j}}^{q}}$
7. JP Joule (1884), "Materia, fuerza viva y calor" , Los artículos científicos de James Prescott Joule , The Physical Society of London, p. 274 , recuperado el 2 de enero de 2013 , me inclino a creer que ambas hipótesis se mantendrán válidas, que en algunos casos, particularmente en el caso de calor sensible , o como lo indica el termómetro, el calor será encontrado que consiste en la fuerza viva de las partículas de los cuerpos en los que es inducida; mientras que en otros, particularmente en el caso del calor latente , los fenómenos se producen por la separación de partícula de partícula, de modo que se atraen entre sí a través de un espacio mayor.