Energía Térmica
La energía térmica es la energía cinética total de todas las partículas en movimiento de una sustancia; depende de la temperatura, la masa y el material.
Definition
La energía térmica es la energía interna de algo que proviene de sus partículas diminutas agitándose y rebotando; mientras más rápido se mueven, más energía térmica tiene el objeto. Es la energía cinética total de todos los átomos y moléculas de una sustancia, y depende de tres cosas: la temperatura (energía promedio de las partículas), el número de partículas (masa), y el tipo de material, así que un objeto grande a baja temperatura puede contener más energía térmica que un objeto pequeño a alta temperatura. A nivel microscópico es la energía interna asociada con el movimiento aleatorio de las partículas, incluyendo modos traslacionales, rotacionales y vibracionales; para un gas ideal monoatómico es $U = \tfrac{3}{2}NkT$, proporcional a la temperatura absoluta. La energía necesaria para cambiar la temperatura de una sustancia es $Q = mc\,\Delta T$, donde $c$ es la capacidad calorífica específica. La energía térmica es el destino de procesos disipativos como la fricción y la resistencia eléctrica.
Example
Una taza de chocolate caliente tiene más energía térmica que la misma taza de leche fría, porque sus partículas se mueven más rápido. Una tina de agua tibia a $40^\circ\text{C}$ contiene mucha más energía térmica que una taza de té hirviendo a $100^\circ\text{C}$, porque la tina contiene miles de veces más moléculas de agua. Calentar $2\ \text{kg}$ de agua de $20^\circ\text{C}$ a $80^\circ\text{C}$ requiere $Q = 2 \times 4186 \times 60 \approx 502{,}000\ \text{J}$. Esa misma energía calentaría $2\ \text{kg}$ de cobre ($c = 385\ \text{J/(kg}\cdot^\circ\text{C)}$) en $652^\circ\text{C}$, por eso el agua es un refrigerante tan eficaz.
Key Insight
Incluso el hielo tiene energía térmica; sus partículas se mueven lentamente, pero se siguen moviendo, y solo en el cero absoluto casi se detendrían. Temperatura y energía térmica no son lo mismo: una chispa de una bengala está a miles de grados pero lleva tan poca energía térmica que no te quema. El alto calor específico del agua es la razón por la que las ciudades costeras tienen climas templados y por la que tu cuerpo usa el sudor para deshacerse del calor. Almacenar mucha energía por grado convierte al agua en un amortiguador térmico.