A energia térmica ou energia interna é definida como a soma da energia cinética e potencial associada aos elementos microscópios que constituem a matéria.
Os átomos e moléculas que formam os corpos apresentam movimentos aleatórios de translação, rotação e vibração. Este movimento é chamado de agitação térmica.
A variação de energia térmica de um sistema ocorre através de trabalho ou de calor.
Por exemplo, quando usamos uma bomba manual para encher o pneu de uma bicicleta, observamos que a bomba fica aquecida. Neste caso, o aumento da energia térmica ocorreu por transferência de energia mecânica (trabalho).
A transferência de calor normalmente acarreta um aumento na agitação das moléculas e átomos de um corpo. Isso produz um aumento da energia térmica e consequentemente, um aumento na sua temperatura.
Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, ocorre transferência de energia entre eles. Após um certo intervalo de tempo, ambos terão a mesma temperatura, ou seja, atingirão o equilíbrio térmico.
Fogueira, um exemplo de energia térmica.Energia térmica, calor e temperatura
Apesar dos conceitos de temperatura, calor e energia térmica se confundirem no cotidiano, fisicamente eles não representam a mesma coisa.
O calor é energia em trânsito, desta forma, não faz sentido dizer que um corpo tem calor. Na verdade, o corpo tem energia interna ou térmica.
A temperatura quantifica as noções de quente e frio. Além disso, é a propriedade que rege a transferência de calor entre dois corpos.
A transferência de energia na forma de calor, acontece unicamente pela diferença de temperatura entre dois corpos. Ela ocorre de forma espontânea do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.
Existem três formas de ocorrer a propagação do calor: condução, convecção e irradiação.
Na condução, a energia térmica é transmitida por meio da agitação molecular. Na convecção a energia se propaga pela movimentação do fluido aquecido, pois a densidade varia com a temperatura.
Já na irradiação térmica, a transmissão ocorre através de ondas eletromagnéticas.
Para saber mais, leia também Calor e Temperatura
Fórmula
A energia interna de um gás ideal, formado por apenas um tipo de átomo, pode ser calculada pela seguinte fórmula:
Sendo,
U: energia interna. A unidade no sistema internacional é o joule (J) n: número de mol do gás R: constante dos gases ideais T: temperatura em kelvin (K)
Exemplo
Qual a energia interna de 2 mols de um gás perfeito, que em um dado instante apresenta a temperatura de 27 °C? Considere R=8,31 J/mol.K.
Primeiro devemos passar a temperatura para kelvin, assim teremos:
T = 27 + 273 = 300 K
Depois basta substituir na fórmula
Utilização da energia térmica
Desde os primórdios utilizamos a energia térmica proveniente do Sol. Além disso, o homem sempre buscou criar dispositivos capazes de converter e multiplicar esses recursos em energia útil, principalmente na produção de energia elétrica e transporte.
A transformação de energia térmica em energia elétrica, para ser usada em larga escala, é feita nas usinas termoelétricas e termonucleares.
Nessas usinas, utiliza-se algum combustível para aquecer a água de uma caldeira. O vapor produzido movimenta as turbinas ligadas ao gerador de energia elétrica.
Nas usinas termonucleares, o aquecimento da água é feito através da energia térmica liberada a partir da reação de fissão nuclear de elementos radioativos.
Já as usinas termoelétricas, utilizam a queima de matérias-primas renováveis e não renováveis para o mesmo fim.
Vantagens e desvantagens
As usinas termoelétricas, de uma forma geral, apresentam a vantagem de poderem ser instaladas próximo aos centros de consumo, o que reduz os custos com a instalação de redes de distribuição. Além disso, não dependem de fatores naturais para operar, como é o caso das usinas hidrelétricas e eólicas.
Contudo, também são a segunda maior produtora dos gases de efeito estufa. Seus principais impactos são a emissão de gases poluentes que diminuem a qualidade do ar e o aquecimento das águas dos rios.
As usinas desse tipo apresentam diferenças em função do tipo de combustível utilizado. Na tabela abaixo, mostramos as vantagens e desvantagens dos principais combustíveis usados atualmente.
Tipo de usina | Vantagens | Desvantagens |
|---|---|---|
Termoelétrica a Carvão | • Alta produtividade• Baixo custo do combustível e da construção | • É a que mais emite gases do efeito estufa• Os gases emitidos causam chuva ácida• A poluição ocasiona problemas respiratórios |
Termoelétrica a gás natural | • Menor poluição local, em comparação com a de carvão• Baixo custo da construção | • Emissão alta de gases do efeito estufa• Variação muito grande do custo do combustível (associado ao preço do petróleo) |
Termoelétrica a biomassa | • Baixo custo do combustível e da construção• Baixa emissão de gases do efeito estufa | • Possibilidade de desmatamento para o cultivo das plantas que darão origem a biomassa.• Disputa do espaço do solo com a produção de alimentos |
Termonuclear | • Praticamente não existe emissão de gases do efeito estufa• Alta produtividade | • Alto custo• Produção de lixo radioativo• As consequências de acidentes são gravíssimas |