¿Qué es la energía térmica?

Los átomos y moléculas que componen una sustancia están en constante movimiento. Este movimiento es lo que le da a un material su temperatura: cuanto más se mueven las moléculas, mayor es la temperatura. La energía térmica es simplemente la energía que posee una sustancia debido al movimiento de sus átomos o moléculas. Es importante no confundir esto con el calor, que es la energía que se transfiere de un lugar a otro. La energía térmica ha sido explotada por los seres humanos durante mucho tiempo para cocinar, calentar, generar energía e industria.

Los géiseres son una fuente natural de energía geotérmica.

Radiación, conducción y convección

El calor se define como la energía que se transfiere de una región a otra, fluyendo siempre de un área de temperatura más alta a otra más baja. Puede ser transferido por radiación infrarroja , una forma de radiación electromagnética con un rango de longitudes de onda que se encuentran entre las ondas de radio y la luz visible. Esta interactúa con la materia para hacer que las moléculas se muevan a mayor velocidad, lo que se ve como un aumento de temperatura: el material se calienta o se calienta, porque la energía se ha transferido desde la fuente de radiación al material que la absorbe. Por ejemplo, si un objeto se mantiene cerca de una llama, se calienta debido a la radiación infrarroja de la llama.

Entre el núcleo y la corteza se encuentra el manto, una región semilíquida caliente que impulsa la tectónica de placas.

La transferencia también puede realizarse mediante otros dos métodos. En conducción , el movimiento de moléculas en una región caliente provoca un mayor movimiento en áreas más frías a medida que las moléculas chocan entre sí. Por ejemplo, si se sostiene una cuchara de metal en una llama, el otro extremo de la cuchara eventualmente se calentará.

Las plantas de energía solar térmica utilizan energía concentrada del sol para impulsar los generadores.

La convección implica el movimiento de una región de gas o líquido que está más caliente que su entorno. Por ejemplo, el sol calienta el suelo, que a su vez calienta el aire, que luego se mueve hacia arriba, ya que el aire cálido es menos denso que el aire más frío de arriba. Es la convección la que impulsa los sistemas meteorológicos del mundo, ya que el aire cálido de los trópicos se eleva y fluye hacia afuera.

Materia y energía térmica

La energía térmica puede provocar un cambio en el estado de la materia. Si las moléculas de un sólido aumentan su movimiento lo suficiente, se derretirá para convertirse en líquido. Un aumento adicional hará que el líquido hierva y se convierta en gas, aunque los líquidos también tienden a evaporarse a temperaturas muy por debajo de sus puntos de ebullición, ya que algunas moléculas se moverán lo suficientemente rápido como para escapar del líquido. Dado que las moléculas de un gas se mueven más rápidamente que las de un líquido, un gas tiene más energía. Es por eso que la sudoración enfría a las personas: a medida que el sudor se evapora, elimina el calor del cuerpo.

El sudor juega un papel clave en la regulación de la temperatura corporal.

Explotación de la energía térmica

El uso de energía térmica, ya sea directamente o para generar electricidad, impulsó la revolución industrial. Permitió la producción a gran escala de hierro y acero y produjo el vapor para impulsar las turbinas utilizadas para generar electricidad. La humanidad ha dependido durante algún tiempo en gran medida de la combustión de combustibles fósiles, como el petróleo, el carbón y el gas natural , como fuentes de energía térmica. Sin embargo, las preocupaciones sobre la contaminación, el cambio climático y la no renovabilidad han generado mucho interés en las alternativas.

Una fuente que se está explotando es la energía geotérmica. La Tierra tiene un núcleo fundido, que se cree que tiene una temperatura de 5,432-9,032 ° F (3,000-5,000 ° C). Esta alta temperatura proviene en parte del calor que queda de la formación de la Tierra, atrapado debajo de capas aislantes de roca en la corteza, y en parte de la desintegración de elementos radiactivos . Entre el núcleo y la corteza se encuentra el manto, una región caliente y semilíquida que impulsa la tectónica de placas y las erupciones volcánicas. Hay muchos "puntos calientes" en la corteza terrestre donde este calor está cerca de la superficie y puede aprovecharse de varias formas.

El calor geotérmico se puede utilizar directamente para proporcionar calefacción a los hogares o para generar electricidad. Los géiseres son una fuente de agua caliente lista para usar, pero la mayoría de los proyectos geotérmicos implican perforar agujeros y bombear agua en ellos. El agua se calienta debajo de la superficie y se bombea nuevamente para proporcionar energía. La energía geotérmica no es, estrictamente hablando, una fuente de energía renovable , pero hay un suministro tan grande de calor desde el núcleo que no se agotará en el futuro previsible.

Aunque la energía solar se puede aprovechar para producir electricidad directamente a través de paneles solares, otra área que se está explorando es la energía solar térmica. Esto implica capturar el calor del sol para proporcionar energía o agua caliente. Esto se puede utilizar para calefacción central en hogares, donde se bombea agua u otro fluido a través de un recipiente que recibe luz solar, elevando su temperatura. Alternativamente, el calor del Sol puede usarse para impulsar dispositivos mecánicos que generan electricidad, o puede enfocarse mediante espejos convexos de tal manera que proporcionen calor para cocinar u otros propósitos. Esta idea también se puede adoptar a mayor escala para hervir agua que impulse una turbina o para construir un “horno solar” que pueda alcanzar las temperaturas extremas requeridas para algunos procesos industriales.