L' energia tèrmica és l' energia que s' allibera en forma de calor. També es coneix com a energia bifocala i és present en tots els cossos a causa del moviment de les seves partícules.
Des del punt de vista de la termodinàmica, l' energia tèrmica forma part de l' energia interna d' un sistema, i està directament relacionada amb la seva temperatura. Com més gran és la temperatura d'un cos, més gran és l'agitació de les seves partícules i, per tant, més gran és la seva energia tèrmica.
Què és l'energia tèrmica?
L'energia tèrmica es defineix com l'energia interna associada al moviment de les partícules (àtoms i molècules) d'un sistema. Aquesta energia depèn principalment de:
- La temperatura del cos
- La quantitat de matèria
- La naturalesa del material
Quan un cos guanya energia tèrmica, les seves partícules es mouen més ràpid; quan la perd, el seu moviment disminueix.
Aquest tipus d' energia es transfereix d' un cos a un altre en forma de calor, sempre des del cos més calent al més fred.
Segons la definició científica acceptada, l' energia tèrmica està directament relacionada amb l' energia interna d' un sistema termodinàmic. Pots consultar una definició detallada d'aquest concepte a Britannica: Thermal energy definition .
Origen de l' energia tèrmica
L' energia tèrmica es pot generar a partir de múltiples processos físics i químics. No es tracta d' una energia primària, sinó d' una forma d' energia que apareix com a resultat d' altres transformacions energètiques.
A continuació es mostren alguns exemples de fonts i processos que produeixen energia tèrmica:
- Radiació solar: el Sol calfa la superfície terrestre (energia solar tèrmica).
- Energia geotèrmica: calor procedent de l' interior de la Terra.
- Reaccions químiques: especialment la combustió de combustibles (carbó, gas, petroli).
- Energia nuclear: alliberament de calor en processos de fissió o fusió nuclear.
- Energia elèctrica: generació de calor per efecte Joule (resistències elèctriques).
- Fregament mecànic: calor generada per fricció entre cossos (frens, maquinària).
- Processos biològics: els éssers vius generen calor mitjançant el metabolisme.
Aquests exemples mostren que l' energia tèrmica és present en nombrosos processos quotidians i industrials, i que es pot obtenir a partir de diferents formes d' energia.
Usos i aplicacions de l' energia tèrmica amb exemples
L' energia tèrmica té múltiples aplicacions en la vida quotidiana, la indústria i la generació d' energia. Es pot utilitzar directament com a calor o transformar-se en altres formes d' energia, com la mecànica o l' elèctrica. A continuació es presenten els seus principals usos amb exemples representatius.
Calefacció i climatització (exemples: radiadors, sòl radiant, calderes)
Un dels usos més comuns de l' energia tèrmica és la calefacció d' espais. S'empra per mantenir una temperatura confortable en habitatges, edificis i espais públics.
Aquesta calor es genera mitjançant sistemes com calderes, radiadors o sòl radiant, que distribueixen l' energia tèrmica de forma eficient en l' ambient.
Cuina i ús domèstic (exemples: forns, fogons, vitroceràmiques)
L' energia tèrmica també és fonamental en la vida diària per a la preparació d' aliments i l' escalfament d' aigua.
S' utilitza en cuines de gas, forns elèctrics, vitroceràmiques o escalfadors d' aigua, on l' energia es transforma directament en calor útil.
Processos industrials (exemples: forns, fosa, fabricació de vidre)
En la indústria, l' energia tèrmica és essencial per a múltiples processos de transformació de materials.
S' utilitza en forns industrials, fosa de metalls, producció de ciment o fabricació de vidre, on es requereixen altes temperatures per modificar les propietats dels materials.
Motors tèrmics (exemples: cotxes, avions, vaixells)
L' energia tèrmica es pot transformar en energia mecànica mitjançant motors tèrmics.
Això passa en motors de combustió interna, on la calor generada per la combustió del combustible es converteix en moviment, com en automòbils, avions o vaixells.
Producció d'electricitat (exemples: centrals tèrmiques, nuclears i geotèrmiques)
Un dels usos més importants a gran escala és la generació d' electricitat.
En centrals tèrmiques, nuclears o geotèrmiques, la calor s' utilitza per produir vapor que mou turbines connectades a generadors elèctrics, transformant l' energia tèrmica en electricitat.
Refrigeració i climatització inversa (exemples: aire condicionat, bombes de calor)
Encara que pugui semblar contradictori, l' energia tèrmica també és present en els sistemes de refrigeració.
L' aire condicionat i les bombes de calor funcionen mitjançant la transferència d' energia tèrmica, extraient calor d' un espai per refredar-lo o redistribuint-lo segons la necessitat.
Processos biològics i naturals (exemples: metabolisme humà, regulació corporal)
En els éssers vius, l'energia tèrmica és present en processos biològics com el metabolisme.
El cos humà, per exemple, genera calor constantment per mantenir la seva temperatura estable, cosa que permet el correcte funcionament dels òrgans.
Conversió d' energia tèrmica en energia mecànica
Quan es calfa un gas en un recipient:
- Augmenta l'energia cinètica de les seves partícules
- S' incrementa la pressió sobre les parets del recipient
- El gas pot expandir-se i realitzar treball
Aquest principi és el que permet el funcionament de motors tèrmics, com els motors de combustió interna.
En aquest procés, l' energia tèrmica esdevé treball mecànic mitjançant l' expansió del gas, la qual cosa demostra com l' energia pot transformar-se d' una forma a una altra.
Conversió d' energia tèrmica en electricitat
L' energia tèrmica també es pot transformar en energia elèctrica, la qual cosa resulta fonamental per a la producció d' electricitat a gran escala.
Aquesta conversió es realitza en diferents tipus d'instal·lacions:
- Centrals tèrmiques convencionals: utilitzen carbó, petroli o gas natural.
- Centrals nuclears: generen calor mitjançant reaccions nuclears.
- Plantes geotèrmiques: aprofiten la calor interna de la Terra.
- Plantes solars tèrmiques: utilitzen la radiació solar per generar calor.
En tots aquests casos, la calor s'empra per generar vapor, que mou una turbina connectada a un generador elèctric.
Impacte ambiental de l' energia tèrmica
L'energia tèrmica en si no contamina, però el seu impacte ambiental depèn de com s'obté.
Algunes fonts poden generar efectes negatius:
- Combustibles fòssils: emeten diòxid de carboni (CO₂) i contaminants.
- Energia nuclear: produeix residus radioactius.
- Instal·lacions energètiques: ocupen grans superfícies de terreny.
- Riscos d' accidents: com vessaments de petroli o fuites industrials.
D'altra banda, fonts com l'energia solar tèrmica o la geotèrmica tenen un impacte molt menor, cosa que les converteix en alternatives més sostenibles.
Unitats de mesura de l' energia tèrmica
L'energia tèrmica es mesura al juliol (J) en el Sistema Internacional d'Unitats. Tanmateix, també és comú utilitzar altres unitats:
- Caloria (cal): quantitat d'energia necessària per elevar 1 °C la temperatura d'1 gram d'aigua.
- Equivalència: 1 caloria ≈ 4,18 juliols
Aquestes unitats són especialment utilitzades en contextos científics, tècnics i també en nutrició.