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Titolo ENERGIA?. SI GRAZIE! COME LA PREFERISCE? PERCHE’ IL PETROLIO E’ FINITO!... …FORSE C’E’ UN PO DI CARBONE… LA CENTRALE NUCLEARE E’ ANCORA IN COSTRUZIONE…

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Presentazione sul tema: "Titolo ENERGIA?. SI GRAZIE! COME LA PREFERISCE? PERCHE’ IL PETROLIO E’ FINITO!... …FORSE C’E’ UN PO DI CARBONE… LA CENTRALE NUCLEARE E’ ANCORA IN COSTRUZIONE…"— Transcript della presentazione:

1 Titolo ENERGIA?

2 SI GRAZIE! COME LA PREFERISCE? PERCHE’ IL PETROLIO E’ FINITO!... …FORSE C’E’ UN PO DI CARBONE… LA CENTRALE NUCLEARE E’ ANCORA IN COSTRUZIONE… POSSIAMO DARLE UN PO DI SOLE O UN PO DI VENTO ! …

3 L’energia... L’energia è... La capacità di compiere un lavoro! L’energia ha due caratteristiche principali: 1) si conserva 2) può avere diverse forme (cinetica, termica, chimica, ecc.) L’energia si misura in joule (1J = 1N ∙ 1m ) Ogni oggetto di massa non nulla ha energia E = mc 2 è la famosa legge di Einstein che esprime la relazione tra queste due grandezze La maggior parte dell’energia a nostra disposizione proviene, direttamente o indirettamente, dal Sole, la nostra primaria fonte di calore Il calore è una grandezza che ha le stesse dimensioni fisiche dell’energia

4 Le grandezze fondamentali Altre grandezze fisiche molto importanti (derivate) sono: La velocità (lunghezza/tempo) L’accelerazione (velocità/tempo) La quantità di moto (massa x velocità) La forza (quantità di moto/tempo) (massa x accelerazione) Grandezza fisica Simbolo della grandezza fisica Nome dell'unità SISimbolo dell'unità SI lunghezzalmetrom massaMchilogrammokg intervallo di tempotsecondos Intensità di correnteI, iampereA temperatura assolutaTkelvinK quantità di sostanzanmolemol intensità luminosaIvIv candelacd

5 Le particelle elementari

6 Le interazioni fondamentali In natura sono individuate quattro forze fondamentali, responsabili della struttura dell’Universo: Forza nucleare forte L’interazione forte avviene tra quark ed è mediata da gluoni È attrattiva e, ad esempio, tiene insieme protoni e neutroni nel nucleo di un atomo Forza elettromagnetica L’interazione elettromagnetica avviene tra cariche ed è mediata dai fotoni Può essere attrattiva o repulsiva e, ad esempio, è responsabile dei legami tra gli atomi Forza nucleare debole L’interazione debole avviene tra quark e/o leptoni ed è mediata dai bosoni W -, W + e Z Regola alcune reazioni nucleari e, ad esempio, è responsabile di alcuni decadimenti radioattivi Forza gravitazionale L’interazione gravitazionale è generata da masse ed è mediata dai gravitoni È responsabile della forza-peso e dei moti delle stelle e dei pianeti DEBOLE FORTE

7 L’elettricità L’energia elettrica è una delle tante forme dell’energia È un energia “comoda” perché può essere adoperata per muovere, riscaldare, illuminare, riprodurre suoni... Per questi motivi la sua produzione è tanto cara all’uomo: l’elettricità elettrica viene infatti definita “la forma più nobile dell’energia” Le grandezze fisiche legate all’elettricità vengono dette appunto “grandezze elettriche”; le principali sono: Corrente elettrica, misurata in ampere (A, grandezza fondamentale) Carica elettrica, misurata in coulomb (1C = 1A ∙ 1s) Tensione elettrica, misurata in volt (1V = 1J / 1C) Potenza, misurata in watt (1W = 1V ∙ 1A) Resistenza elettrica, misurata in Ohm (1Ω = 1V / 1A)

8 Il problema energetico Un problema di grande attualità è riuscire a produrre tutta l’energia (elettrica e non) richiesta. In realtà, come anticipato inizialmente, l’energia non viene prodotta ma si conserva: occorre dunque trasformare l’energia da forme non nobili a forme nobili, cioè utili all’uomo. Esistono vari modi dunque per “produrre” energia, alcuni adoperati da decenni, altri da sperimentare. Ma i problemi che la produzione di energia elettrica comporta sono principalmente due: l’esaurimento di alcune fonti di energia e l’inquinamento dell’ambiente. Più energia viene prodotta, più si esauriscono le fonti energetiche non rinnovabili e più si inquina l’ambiente. L’obiettivo principale è, da una parte, trovare nuovi metodi per una produzione “inesauribile” e “pulita” dell’energia, e dall’altra far diminuire la richiesta di energia, cercando di evitare gli sprechi prestando dunque molta attenzione al risparmio.

9 Le fonti di energia Le diverse fonti di energia vengono tradizionalmente suddivise in due grandi gruppi: fonti esauribili e fonti rinnovabili. La maggior parte delle fonti rinnovabili non è inquinante. Fonti esauribili o non rinnovabili: legna e combustibili fossili (carboni, petrolio, gas naturale) “combustibili” nucleari Fonti rinnovabili: energia idrica biomasse vento maree energia geotermica energia solare

10 Energia da combustibili fossili Quasi tutta l’energia a nostra disposizione viene prodotta a partire da combustibili fossili. Carbone, petrolio e gas naturale sono le principali fonti di energia per la produzione di elettricità, per il riscaldamento delle case e per il funzionamento delle fabbriche. Tuttavia queste fonti si esauriranno a breve e si dovrà presto fare affidamento alle altre fonti, chiamate infatti “fonti alternative”. I combustibili fossili, inoltre, sono i principali responsabili di problemi ambientali come effetto serra e piogge acide. CombustibilePCI (MJ/kg) Petrolio41 Gas naturale50 Carbone32 PCI, potere calorifico inferiore: calore liberato dalla combustione non considerando il calore di evaporazione del vapore acqueo

11 Inquinamento da combustibili fossili Composti dello zolfo (SO X ): l’anidride solforosa, ad esempio, negli strati alti dell'atmosfera si combina con l'acqua e ricade sulla terra sotto forma di acido solforico (piogge acide); Ossidi di azoto (NO X ), responsabili di pericolosi nitrati; Ossidi di carbonio: il monossido CO e l'anidride CO 2. Il primo se inalato in concentrazioni eccessive può dare gravi problemi respiratori. Il secondo è responsabile dell'effetto serra (trattiene il calore irraggiato dalla terra) con aumento della temperatura del pianeta ed i disastri ad esso correlati (variazioni climatiche, innalzamento del livello dei mari); Particolato: polveri sottili prodotte dalla combustione costituite da particelle incombuste aventi un diametro tale da sfuggire ad i filtri. Quelle inferiori ai 2,5 micron di diametro sfuggono al filtraggio e si annidano negli alveoli polmonari generando patologie respiratorie e carcinomi; Inquinamento delle acque del mare: fondamentalmente per versamento in mare di petrolio e derivati.

12 L’energia nucleare L’energia nucleare può essere suddivisa in energia da fissione ed energia da fusione. La prima viene utilizzata da diversi decenni mentre la seconda è ancora in fase sperimentale. Fissione nucleare: aspetti positivi: non è inquinante; aspetti negativi: le scorie prodotte dalle reazioni di fissione sono altamente pericolose; il costo di una centrale nucleare è elevato e il relativo prezzo dell’energia non è più basso di quella ottenuta con i combustibili fossili; i “combustibili nucleari”, cioè i materiali (come l’uranio) necessari per la reazione non sono illimitati. Fusione nucleare: Aspetti positivi: non vengono prodotte scorie radioattive; i materiali da utilizzare sono il litio (da cui si ottiene il trizio) e il deuterio, facilmente reperibili; Aspetti negativi: questa tecnologia è in fase sperimentale e ad oggi non sono state costruite centrali a fusione; gli effetti di alcune particelle di scarto della reazione non sono ben conosciuti e potrebbero essere pericolosi.

13 L’idrogeno La combustione dell’idrogeno è una combustione pulita: viene prodotta soltanto acqua (e pochi NO X, nulli con combustione chimica) L’idrogeno si trova ovunque: è il terzo elemento più diffuso sulla Terra dopo ossigeno e silicio Tuttavia non è facile riuscire a ottenere idrogeno puro. Le tecniche principali sono: - conversione dalle biomasse (svantaggioso perché necessita energia) - elettrolisi (svantaggioso perché si è costretti a utilizzare elettricità) - termolisi dell’acqua (vantaggioso, ma ancora agli albori: ci sono diverse tecniche sperimentali come il ciclo zolfo-iodio che fanno ben sperare) Una volta prodotto l’idrogeno, si rivela un problema anche la sua distribuzione: infatti l’idrogeno è altamente corrosivo e occorrerebbero nuove tecnologie per la costruzione di “idrogenodotti” Inoltre l’idrogeno deve essere utilizzato immediatamente perché si hanno perdite giornaliere del 5 % dovute ad evaporazione (l’inevitabile fenomeno del boil-off) Tuttavia, se si riuscisse a sormontare queste difficoltà, l’idrogeno potrebbe dare un notevole contributo alla questione energetica: può essere utilizzato come “vettore energetico” ed ha un potere calorifico di 142 MJ/kg

14 Energia da fonti alternative Solare: attraverso l’utilizzo di pannelli solari è possibile riscaldare case e soprattutto produrre energia elettrica. I costi di produzione di un impianto fotovoltaico sono in ribasso e ciò dovrebbe incoraggiare l’acquisto da parte di privati. La potenza attualmente installata in Italia è in aumento: circa 6 -7 GW su una potenza nazionale di circa 100 GW. Eolico: la potenza eolica installata attualmente in Italia è circa di 5 GW; anche questo settore è fortemente in crescita. Come il solare l’energia eolica è un’energia pulita e inesauribile. Geotermico: l’energia geotermica, nonostante sia una fonte rinnovabile, è limitata alla conformazione geologica del territorio: in Italia lo sfruttamento di questa risorsa energetica è attivo e la potenza installata è di circa 1 GW. Idroelettrico: anche lo sfruttamento dell’energia idroelettrica è legato al territorio. Ciononostante in Italia la potenza installata è di circa 18 GW, una grossa fetta delle rinnovabili.

15 Le sole energie rinnovabili, attualmente, non possono bastare a soddisfare l’enorme richiesta di energia. È necessario limitare gli sprechi a cui siamo abituati, soprattutto nei riscaldamenti, che costituiscono il 50% del fabbisogno energetico. Occorre poi saper fare a meno dei combustibili fossili: le speranze sono riposte nel solare, nell’eolico, ma soprattutto in nuove tecnologie, come la fusione nucleare e lo sfruttamento dell’idrogeno.


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