Ecuación de Energía Térmica, cálculo y ejemplos

Ecuación de energía térmica

La energía térmica es esencialmente la energía que se experimenta en forma de calor. Todo lo que está compuesto de materia posee calor o energía térmica. El frío en realidad no existe como fenómeno en sí mismo, sino como falta de energía térmica.

La energía térmica es la energía cinética que poseen los átomos y las moléculas dentro de una sustancia o sistema de partículas. Es decir, la energía térmica es la energía del movimiento dentro de los átomos y las moléculas. Cuando la mano de una persona toca accidentalmente una estufa caliente, la energía cinética de los átomos y las moléculas de la estufa se transfiere a la mano a través de la conducción. La conducción es la transferencia de energía cinética o de movimiento cuando los átomos o las moléculas están dentro del alcance de los campos electrostáticos de los demás.

Además, la radiación térmica o las frecuencias de ondas electromagnéticas infrarrojas pueden interactuar con la materia y transferir su energía incrementando la energía cinética de los átomos o moléculas con los que interactúan. La radiación es, por tanto, otro mecanismo de transferencia de energía térmica o calor. La energía térmica siempre se transfiere desde sistemas de partículas con concentraciones más altas a áreas de concentraciones más bajas. Esto siempre se puede observar en experimentos que rastrean el movimiento de sistemas de partículas y la temperatura de esos sistemas.

La temperatura mide la energía cinética promedio en sistemas de átomos y moléculas. Existen varias unidades diferentes que se utilizan para medir la temperatura. Las unidades científicas son típicamente Celsius (° C) y Kelvin (° K). El sistema Celsius utiliza el valor de 0° C para representar la temperatura a la que el agua se congela y 100° C para la temperatura a la que el agua hierve. Mientras que 0° K representa una temperatura conocida como cero absoluto en la que un átomo, molécula o sistema de partículas no posee absolutamente ninguna energía cinética y ha dejado de moverse o vibrar por completo. La siguiente fórmula se puede utilizar para convertir Kelvin a Celsius o viceversa y representa la relación entre las dos unidades:

{eq}T(°K) = T(°C) + 273,15 {/eq}

En la fórmula, T representa la medida de temperatura para la cual cada unidad se encuentra entre paréntesis a su derecha. Por lo tanto, el cero absoluto como 0°K es igual a -273,15°C.

Cuando se transfiere calor, la temperatura de un sistema de partículas disminuye, mientras que la del sistema de partículas al que se transfiere el calor aumenta. El calor solo se puede experimentar cuando se transfiere. Por ejemplo, el calor solo se puede medir cuando se transfiere de un sistema de partículas a un dispositivo como un termómetro; o, por ejemplo, una persona solo puede sentir el calor si se transfiere a las partículas que forman las células de su piel. La fórmula para la transferencia de calor es la siguiente:

{eq}Q = mC_p\Delta T {/eq}

En esta fórmula, {eq}C_p {/eq} representa la capacidad calorífica específica de la sustancia involucrada. La masa se representa por m y ΔT representa el cambio de temperatura. El cambio de temperatura se calcula restando la temperatura inicial de la sustancia de la temperatura final. Cuando se transfiere calor o energía térmica fuera de la sustancia involucrada, el valor de q es negativo. Mientras que cuando la energía térmica ingresa a la sustancia involucrada, el valor de q es positivo.

La capacidad calorífica específica de una sustancia es un valor constante que describe la cantidad de energía térmica u otras formas de energía que deben transferirse a un gramo de esa sustancia para aumentar su temperatura en un grado Celsius. La fórmula para calcular la capacidad calorífica específica de una sustancia es la siguiente:

{eq}C = \frac{\Delta E_t}{m\cdot\Delta T} {/eq}

En la fórmula, C representa la capacidad calorífica específica de la sustancia. \DeltaE_t representa la energía térmica de entrada, que normalmente se mide en julios por kilogramo. M representa la masa y ΔT representa el cambio de temperatura de la sustancia.

Por lo tanto, el requerimiento de entrada de energía térmica para que una sustancia dada alcance una temperatura determinada se puede calcular con la siguiente fórmula:

{eq}\Delta E_t = m\cdot C\cdot\Delta T {/eq}

Resumen de la lección

En general, la energía térmica es calor; o la energía térmica es la energía cinética que poseen los átomos o las moléculas. Por lo tanto, la energía térmica es la energía del movimiento dentro de los átomos y las moléculas. La temperatura mide la cantidad de energía térmica presente en los sistemas de átomos y/o moléculas. Existen dos unidades científicas principales de temperatura: Kelvin y Celsius.

El cero absoluto, o la ausencia total de energía térmica en las partículas, es 0 °K o -273,15 °C. Otra unidad de medida que se utiliza a menudo para medir el calor es el julio (J).