Energia termica e calore

Concetto, definizione, unità di misura

Temperatura indice di energia termica - Oscillazioni e gradi di libertà - Energia interna

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Il calore è energia termica in transito tra un corpo ed un altro.

Ad esempio, riscaldando un gas a volume costante, aumenta l'energia cinetica media delle particelle che lo compongono, che così incrementano la pressione sulle pareti del recipiente che le contiene. Grazie al riscaldamento subito, il gas ha acquisito energia potenziale, a livello macroscopico, ed è così in grado, eventualmente, di espandersi e poter compiere un lavoro.

Energia termica e temperatura

L'energia potenziale acquisita dal gas è dovuta all'energia termica somministratagli, cioè al trasferimento di calore. Nel caso il gas possa espandersi, compie un lavoro e così consuma parte dell'energia che ha acquisito.
L'acquisizione di energia termica da parte del gas viene confermata dal fatto che il gas aumenta la sua temperatura.

Se si fa passare corrente nella resistenza elettrica di uno scaldabagno, l'acqua si riscalda. Anche in questo caso si ha una trasformazione di energia: dalla forma elettrica alla forma termica.
Il consumo di energia elettrica servita per alimentare la resistenza può essere misurato da un contatore, l'energia termica acquistata dall'acqua da un termometro che registra l'aumento di temperatura.

Energia termica e stati della materia

Tutte le sostanze sono composte da molecole. Tali particelle sono legate tra loro da forze intramolecolari di intensità più o meno grande.
Nei solidi le molecole non sono immobili nello spazio, ma oscillano attorno ad una loro posizione di equilibrio. Esse sono, quindi, in continua agitazione.

L'oscillazione delle molecole è di ampiezza più o meno grande a seconda della quantità di energia termica che un corpo possiede.
Per temperature elevate le oscillazioni sono più ampie, mentre a temperature inferiori corrispondono oscillazioni più ridotte. Questo fatto spiega come la resistenza elettrica delle sostanze aumenti al crescere della temperatura: a temperature maggiori corrispondono oscillazioni di ampiezza maggiore delle molecole (o degli atomi) per cui le cariche responsabili della conduzione elettrica incontrano maggiore difficoltà nell'attraversare il materiale.

Nei liquidi le molecole sono legate tra loro da forze più deboli e per tale ragione un liquido non possiede una forma propria.

Energia termica ed energia interna

Nei gas le molecole godono di un'estrema libertà di movimento. Esse si muovono in modo molto caotico e casuale in maniera tanto maggiore quanto più è alta la temperatura del gas.

L'energia cinetica associata alle oscillazioni o al movimento di tali molecole e l'energia potenziale dovuta alla loro posizione reciproca costituiscono l'energia interna del corpo. Tale energia è indipendente dal fatto che il corpo, di cui le molecole sono il costituente fondamentale, sia nel suo complesso fermo o in movimento.