Energia Térmica

Rosimar Gouveia

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.

Energia Térmica
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:

fórmula da energia interna

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
exemplo energia térmica

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
Rosimar Gouveia
Rosimar Gouveia
Bacharel em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF) em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.