miniatura|Este metal aquecido emite irradiação térmica em luz visível devido à radiação de corpo negro.
O termo "energia térmica" é usado muitas vezes de modo ambíguo na física e na engenharia. Pode designar conceitos físicos diferentes, entre eles: Energia interna: energia associada aos constituintes microscópicos de um sistema, excluídas as energias cinética e potencial macroscópicas do sistema como um todo. Calor: energia transferida entre um sistema e sua vizinhança em razão de uma diferença de temperatura, em contraste com a transferência por trabalho termodinâmico ou pela passagem de matéria através da fronteira do sistema. A energia característica , na qual designa a temperatura e designa a constante de Boltzmann. No limite clássico do teorema da equipartição, cada termo quadrático independente da energia contribui, em média, com .
Mark Zemansky defendeu em 1970 que seria melhor evitar o termo "energia térmica" por causa de sua ambiguidade. Ele propôs o uso de termos mais precisos, como "energia interna" e "calor", para evitar confusão. Ainda assim, o termo é usado em alguns livros didáticos.Por exemplo:
Relação entre calor e energia interna Na termodinâmica, calor é energia transferida através da fronteira de um sistema termodinâmico em razão de uma diferença de temperatura. Calor e trabalho são modos diferentes de transferência de energia. Nenhum deles é uma propriedade armazenada em um sistema depois que a transferência termina. A energia interna e a entalpia, por sua vez, são propriedades de estado. A quantidade de calor ou de trabalho envolvida depende do processo seguido entre dois estados, enquanto a variação da energia interna depende somente dos estados inicial e final.
Relação com a temperatura
Quando "energia térmica" é empregado no sentido de energia interna, essa quantidade não deve ser confundida com a temperatura. A energia interna é uma propriedade extensiva, enquanto a temperatura é uma propriedade intensiva. Ao considerar em conjunto dois sistemas idênticos no mesmo estado termodinâmico, a energia interna do conjunto é a soma das energias dos dois sistemas, enquanto a temperatura permanece a mesma.
Para um gás ideal no regime clássico em que se aplica o teorema da equipartição, existe uma relação simples entre energia interna e temperatura quando os graus de liberdade relevantes podem ser representados por termos quadráticos na energia. Cada termo quadrático independente ativo contribui, em média, com por partícula. Se houver desses termos por partícula,
Um gás ideal monoatômico possui três termos quadráticos translacionais, de modo que , em que é a quantidade de matéria e é a constante molar dos gases. Moléculas também podem possuir graus de liberdade rotacionais e vibracionais. No regime clássico, eles acrescentam outras contribuições à energia interna quando estão ativos. Em temperaturas para as quais a separação entre níveis quânticos é grande em comparação com , alguns desses graus de liberdade podem ficar praticamente inativos.
A relação simples entre energia interna e temperatura não vale para todos os sistemas e processos. Durante a fusão de uma substância pura à pressão constante, por exemplo, energia pode ser absorvida enquanto a temperatura permanece constante durante a coexistência das fases. À pressão atmosférica, o gelo a 0 °C absorve cerca de 333 kJ/kg durante a fusão e permanece a 0 °C até que o processo termine. A temperatura, portanto, não determina sozinha a energia interna de um sistema e não fornece uma definição geral e única de "energia térmica".
Energia térmica macroscópica
Além das energias cinéticas microscópicas de seus constituintes, a energia interna de um corpo pode conter energia associada à estrutura molecular e energia potencial decorrente das interações entre moléculas, íons ou outros constituintes. Dependendo da convenção empregada, o termo "energia térmica" pode ser usado informalmente para designar parcelas da energia interna ou da entalpia.
Energia interna química
A energia interna de um corpo pode mudar em um processo no qual a energia potencial química é convertida em energia não química. Nesse processo, o sistema termodinâmico pode alterar sua energia interna ao realizar trabalho sobre sua vizinhança ou ao receber ou transferir energia na forma de calor. É impreciso dizer apenas que "a energia potencial química convertida simplesmente se tornou energia interna". Em algumas situações, é conveniente dizer que "a energia potencial química foi convertida em energia térmica". A terminologia tradicional usa a expressão "calor de reação".
Energia potencial das interações internas
Em um corpo material, em especial na matéria condensada, como um líquido ou um sólido, as partículas constituintes, como moléculas ou íons, interagem fortemente entre si. As energias dessas interações podem formar uma parcela grande da energia interna e não se reduzem às energias cinéticas microscópicas associadas ao movimento térmico. Essas energias de interação podem ser tratadas como parcelas da energia potencial microscópica interna do sistema.
Energia térmica microscópica
miniatura|Movimento térmico de um segmento de alfa-hélice de uma proteína. A molécula possui graus de liberdade internos de vibração e rotação.
Em uma descrição estatística de um gás ideal monoatômico, cujas partículas não possuem graus de liberdade internos e não interagem entre si exceto por colisões elásticas, a energia interna é a soma das energias cinéticas translacionais das partículas. Nesse caso específico, o termo "energia térmica" pode ser usado como sinônimo de "energia interna". Para gases ideais formados por moléculas com estrutura interna, a energia interna também pode conter contribuições rotacionais, vibracionais e de outros estados internos.
Em muitos textos de física estatística, "energia térmica" se refere a , o produto da constante de Boltzmann pela temperatura absoluta, também escrito como .
Densidade de corrente térmica
Quando não há fluxo de matéria acompanhando o processo, o termo "energia térmica" também é aplicado à energia transportada por um fluxo de calor.
Ver também Energia geotérmica, energia obtida a partir do calor do interior da Terra. Aquecimento geotérmico, uso direto da energia geotérmica para aquecimento. Energia geotérmica elétrica, geração de eletricidade a partir de recursos geotérmicos, realizada em centrais geotérmicas. Propagação térmica, transferência de energia na forma de calor. Conversão de energia térmica oceânica, produção de energia a partir da diferença de temperatura entre águas oceânicas. Ordens de grandeza (temperatura), comparação de temperaturas em diferentes escalas de magnitude. Armazenamento de energia térmica, retenção de energia térmica para utilização posterior.
Categoria:Energia Categoria:Termodinâmica