Energia termica: che cos'è e come funziona

L’energia termica è la forma di energia posseduta da un oggetto che ha una temperatura superiore allo zero assoluto.

Il termine termico deriva dal greco thermós (ϑερμός) cioè "caldo", quindi l'energia termica, come dice il nome stesso, è l’energia legata al calore posseduto da un corpo.

L’energia termica è posseduta da qualunque corpo che abbia una temperatura superiore allo zero assoluto. Lo zero assoluto è la temperatura minima possibile teorica di un qualsiasi sistema termodinamico. Il suo valore è pari a -273,15 °C.

Da un punta di vista microscopico possiamo dire che l’energia termica è il calore prodotto dal movimento oscillatorio di atomi e molecole all’interno di un corpo. Si tratta della somma dell’energia cinetica presente in tutti gli atomi che costituiscono un oggetto e dipende dalla massa di quest’ultimo. Un aumento di temperatura si traduce in un aumento dell’energia cinetica con un’accelerazione del movimento di questi atomi. L'energia cinetica media di tutti gli atomi, che costituiscono l’oggetto, costituisce l'energia termica. 

Differenza tra Energia termica e calore

L'energia termica è la forma di energia che, come detto, dipende dall'incessante movimento di tutte le molecole che costituiscono un corpo. Mentre il calore è la quantità di energia termica che si trasferisce da un corpo a un altro corpo, a temperatura più bassa.

Energia termica e secondo principio della termodinamica

Il secondo principio della termodinamica, secondo l’enunciato di Kelvin-Planck, stabilisce che: «È impossibile realizzare una macchina termica ciclica il cui unico risultato sia la conversione in lavoro di tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea». 

Questo enunciato ha implicazioni importanti anche sul piano pratico, perché, in parole più semplici, vuol dire che non tutta l'energia termica può essere convertita in energia meccanica. Al contrario, ogni altra forma di energia ha la possibilità di convertirsi integralmente, più o meno spontaneamente nel tempo, in energia termica. Per tale ragione l’energia termica viene considerata una forma di energia degradata. Ad esempio l'energia meccanica si trasforma in energia termica per attrito, mentre l'energia elettromagnetica si trasforma in energia termica per assorbimento della radiazione, l’energia elettrica si trasforma in energia termica per dissipazione resistiva. Proprio perché tutte le altre forme di energia sono trasformabili in energia termica, essa può essere prodotta in vari modi. 

Come si produce l'energia termica

L’energia termica può essere prodotta sfruttando diverse fonti:

• Attraverso la combustione;
• Mediante reazioni termonucleari.
• Per effetto Joule, cioè mediante quel fenomeno che riguarda qualsiasi conduttore percorso da corrente elettrica e consiste nella dissipazione di una parte dell'energia elettrica in altre forme di energia, prevalentemente sotto forma di calore. L’effetto Joule è alla base del funzionamento di molti dispositivi elettrici tra cui: la lampada a incandescenza, il forno elettrico, l'asciugacapelli, lo scaldabagno elettrico.

Non vanno dimenticate le fonti naturali dell’energia termica quali il Sole e l’energia geotermica.

Il fatto che l’energia termica sia una forma di “energia degradata”, non va confuso con l’idea che l’energia termica sia una forma di energia inutilizzabile o “inutile”. Essa è di fondamentale importanza in molti processi. 

Utilizzi dell’energia termica

L’energia termica può trasformarsi in altre forme di energia. Essa può essere utilizzata:

• Per cuocere il cibo e riscaldare l’acqua utilizzata per il riscaldamento domestico;
• Per produrre energia meccanica, che serve per muovere le macchine termiche;
• Per produrre energia elettrica.

Produzione di energia elettrica dall’energia termica

L’energia termica può essere sfruttata per la produzione di energia elettrica. A seconda delle fonti dell’energia termica possiamo distinguere:

• Centrali termoelettriche, sono impianti industriali che producono energia termica mediante la combustione del combustibile che le alimenta. In passato il combustibile più utilizzato era il carbone, oggi si preferisce il metano, decisamente meno inquinante del carbone, o altri derivati dal petrolio. L’energia termica così ottenuta, riscalda il fluido di lavoro e, azionando la turbina, trasforma l’energia termica in energia meccanica. La turbina mette in rotazione l’alternatore, che trasforma l’energia meccanica in energia elettrica.
• Centrali termonucleari, sono centrali elettriche che, attraverso l'uso di uno o più reattori nucleari a fissione, sfruttano il calore prodotto da una reazione di fissione nucleare, per generare vapore a temperatura e pressione elevate, per azionare delle turbine a vapore, accoppiate ad alternatori, e produrre così energia elettrica.
• Centrali geotermiche, sfruttano il calore presente nel sottosuolo per produrre energia elettrica. Il calore geotermico è il risultato di processi di decadimento nucleare di elementi radioattivi all'interno del nucleo, del mantello e della crosta terrestre. L'energia termica accumulata nel sottosuolo fuoriesce sulla superficie terrestre attraverso acqua e vapore. Questi vapori sono convogliati in turbine che attivano sempre degli alternatori che producono l’energia elettrica.
• Centrali solari termodinamiche sfruttano, come fonte energetica primaria, la radiazione solare, accumulandola sotto forma di energia termica per mezzo di tecniche di concentrazione solare, per convertirla, tramite una turbina a vapore, in energia elettrica.
• Termovalorizzatori sono degli impianti costituiti da una turbina alimentata dal vapore prodotto dalla combustione dei rifiuti indifferenziati. La turbina mette in moto un alternatore per produrre energia elettrica. Oltre alla produzione di energia elettrica, al termovalorizzatore può essere associato un impianto cogenerazione per il teleriscaldamento.

Il termovalorizzatore consente di recuperare energia dai rifiuti non riciclabili, costituendo l’ultima tappa di un sistema di economia circolare. A2A utilizza impianti con elevate prestazioni energetiche e con innovativi sistemi di depurazione dei fumi. Ciò consente il risparmio di risorse energetiche e permette di ridurre al minimo l’utilizzo delle discariche per la dismissione di rifiuti non riciclabili.

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