per docenti delle scuole Primarie

Presentazione sul tema: "per docenti delle scuole Primarie"— Transcript della presentazione:

1 per docenti delle scuole Primarie
Corso di formazione per docenti delle scuole Primarie e Secondarie di II° Progetto INFEA – CEA 2007

2 Crediti e Ringraziamenti
Rete CEA e PARTNER del progetto CEA capofila progetto Testi e contenuti corso: Dott. Massimiliano Nurra Dott. Vincenzo Crocetti Illustrazioni corso: Dott. Mattia Guberti Dott.ssa Valeria Melloni

3 Argomenti trattati I° INCONTRO II° INCONTRO
I.1 - Le Proprietà dell’Energia I.2 - Le filiere di produzione dell’energia I.3 - Croni-Storia dell’Uso & Consumo dell’Energia II° INCONTRO II.1 - Pro & Contro delle Fonti Energetiche II.2 - Inquinamento Locale & Globale II.3 - Risparmio & Efficienza Energetica

4 Modulo Insegnanti I incontro

5 Le proprietà dell’energia

6 Definizione I.1 ENERGIA Dal greco: en (dentro) érgon (lavoro)
in fisica: Capacità di compiere lavoro ed equivale ad una Forza per uno Spostamento É la capacità di un oggetto, un liquido o un gas di fornire calore, suoni, luce o movimento.

7 TEP - Tonnellata Equivalente di Petrolio
Come si misura? I.1 L’Unità di Misura dell’energia è il Joule (J) Un Joule è l’energia necessaria ad alzare di dieci centimetri un litro di acqua Il Joule è quindi una quantità piuttosto piccola e in effetti si parla di: KiloJoule (kJ) = 1.000J = 103J MegaJoule (MJ) = J = 106J Esistono altre unità di misura per particolari forme energetiche: KiloWattora (kWh) TEP - Tonnellata Equivalente di Petrolio il kWh derivata dal Watt (W) e ci fornisce la misura di una “Potenza”, quindi energia sviluppata nel tempo. Un Watt equivale ad un Joule al secondo. Viene usata nelle misure elettriche e delle potenze di motori e pompe. 1 kWh = kJ questa unità di misura si basa sul potere calorifero dei combustibili, cioè sul calore capaci di sprigionare bruciandone una unità (kg, m3). La tep è quindi la quantità di energia ricavata da una tonnellata di petrolio. 1 TEP = MJ Caloria è la quantità di energia necessaria a far aumentare di 1°C (da 14,5° a 15,5 °C) la temperatura di un grammo d’acqua distillata a livello del mare. Misura il contenuto energetico di un corpo. 1 cal = 4,186 J Se noi consumiamo 1500 kcal al giorno: 1500 kcal x 4186 kJ= 6279 kJ / sec. circa 73 Watt

8 Forze conservative naturali
Riusciamo ad accumulare energia solo se viene compiuto del lavoro contro uno dei campi di forze conservative esistenti in Natura. Gravitazionale Elettromagnetica Nucleare debole Nucleare forte L’esistenza di queste forze determinano varie tipologie di energia Un corpo che possiede energia potenziale, trasformerà l’energia accumulata in movimento (energia cinetica) se viene lasciato libero di muoversi (palla che cade da un tavolo). Analogamente, se un corpo possiede energia cinetica può trasformare questa in energia potenziale entrando in un campo di forze conservative (palla lanciata in aria).

9 ENERGIA ELETTROMAGNETICA
Tipi di energia I.1 In natura esistono due tipi di energia meccanica: potenziale e cinetica. La prima è legata alla posizione, o meglio alla “quota” di un oggetto soggetto alla forza di gravità. Quella cinetica è legata al movimento di gas, solidi e liquidi. ENERGIA MECCANICA ENERGIA TERMICA È legata al movimento caotico delle molecole che costituiscono la materia. Maggiore è il movimento molecolare, maggiore è la temperatura di un corpo e quindi la quantità di energia termica (calore). Nasce dalle forze di legame tra molecole e atomi delle sostanze. Si manifesta sotto forma di energia termica ed elettrica attraverso opportune reazioni quali ad esempio ossidazioni e riduzioni. ENERGIA CHIMICA ENERGIA NUCLEARE È chiamata anche atomica perchè legata alle forze di legame presenti nei nuclei atomici. Viene liberata da elementi radioattivi, oppure nei processi di fissione e fusione. ENERGIA ELETTRICA È generata dal movimento di ioni o elettroni liberi presenti in materiali detti conduttori (in particolar modo metalli). In natura si manifesta ad esempio con i fulmini: enormi quantità di energia non utilizzabile dall’uomo. Detta anche energia radiante, è l’unico tipo di energia che si trasmette senza il supporto di mezzi fisici, quindi anche nel vuoto. Si manifesta attraverso onde elettromagnetiche come ad esempio i suoni, le onde radio, le radiazioni solari, la luce, i raggi x, ecc. ENERGIA ELETTROMAGNETICA

10 Energia da 1 kg di materia
Tipo di energia Tipo di materia J/kg Meccanica 1 kg di acqua che cade da un’altezza di 200 m 2,0 x 103 Termica 1 kg di acqua a 100°C che cede calore a un corpo a 20°C 3,3 x 105 Chimica combustione di 1 kg di metano 4,9 x 107 Nucleare - radioattività 1kg di 238U 1,6 x 1012 Nucleare - fissione 1kg di 235U 8,0 x 1013 Nucleare - fusione 1kg di 2H+3H 3,4 x 1014

11 Forme e fonti di energia
Nel quotidiano, siamo abituati a confrontarci maggiormente con manifestazioni energetiche (forme di energia: luce, suoni, calore, ecc.) e con materiali e fenomeni da cui si può ricavare energia (fonti di energia: petrolio, vento, sole, fuoco, ecc.) Tutta l’energia utilizzata sulla Terra trae origine da tre principali fonti: l’energia di legame degli Atomi il Sole con le sue onde elettromagnetiche il calore presente all’interno della Terra Ciclo dell’Acqua; fotosintesi clorofilliana e ciclo del Carbonio; dinamiche degli oceani e dell’atmosfera

12 Fonti di energia I.1 A seconda di come vengano utilizzate dall’uomo, le fonti si distinguono in: PRIMARIE: sono presenti in natura e vengono usate senza aver subito una trasformazione da parte dell’uomo Combustibili fossili (petrolio, carbone, gas naturale) Biomasse (legno) Solare (calore, luce) SECONDARIE: derivano da una trasformazione a cui sono sottoposte le fonti primarie Energia elettrica Benzina

13 Fonti di energia I.1 NON RINNOVABILI: fonti che presentano un grande tempo di rigenerazione (milioni di anni) e quindi destinate ad esaurirsi se sfruttate ad un ritmo maggiore del tasso di rigenerazione – Combustibili fossili (petrolio, carbone, gas naturale) – Uranio RINNOVABILI: fonti con un breve tempo di rigenerazione e quindi considerate inesauribili – Sole – Acqua – Vento – Geotermia – Biomasse A parte l’uranio (energia atomica) e la geotermia, tutte le altre fonti, sia rinnovabili che non rinnovabili, sono generate dal Sole

14 Proprietà dell’energia
L’energia ha tre importanti proprietà e può essere: TRASFORMATA CONSERVATA TRASPORTATA Queste proprietà devono, inevitabilmente, fare i conti con le leggi della termodinamica Legge della Conservazione dell’Energia “L’energia non si crea e non si distrugge, ma si trasforma da una forma all’altra” Prima Legge Legge dell’Entropia “L’energia può cambiare stato, ma solo in un’unica direzione: da disponibile a indisponibile, da utilizzabile a inutilizzabile” Seconda Legge L’energia si manifesta sempre in più forme contemporaneamente, con generazione di calore. Il Sole ci illumina e ci scalda, una lampadina accesa scalda, un atleta in corsa si muove e si riscalda.

15 Proprietà dell’energia
É la proprietà principale. L’energia che ci circonda non si consuma ma si trasforma, passando da un livello di maggiore utilità ad uno minore. In questo processo percorre delle vie preferenziali e dissipa inevitabilmente una parte dell’energia in ingresso TRASFORMAZIONE L’energia elettrica può essere trasporta nei cavi elettrici. I combustibili in oleodotti, petroliere, autocisterne, barili, camion, serbatoi. L’energia può essere trasporta sotto forma di calore (acqua o vapore) negli impianti di teleriscaldamento, di riscaldamento domestico o frigoriferi TRASPORTO L’energia elettrica può essere conservata in batterie, nella rete elettrica nazionale e internazionale o generando idrogeno. I combustibili in depositi, cisterne, barili, legnaie e carbonaie. Il calore in accumulatori termici CONSERVAZIONE

16 Generare elettricità I.1 Energia primaria Calore Movimento meccanico
non sempre presenti Generatori di corrente alternata Movimento meccanico Energia elettrica

17 Schema centrale termoelettrica
Produzione di energia elettrica I.1 Nelle centrali elettriche viene trasformata una fonte energetica per far ruotare una turbina e generare energia meccanica. La rotazione della turbina viene prodotta in maniera diversa a seconda del tipo di centrale (termoelettrica, idroelettrica, nucleare, ecc.). Alla turbina è collegato un generatore, detto anche alternatore, nel quale avviene la trasformazione da energia meccanica in elettrica. Schema centrale termoelettrica

18 Trasporto dell’energia elettrica
L’energia elettrica prodotta viene trasportata attraverso la linea di trasmissione. Per ridurre le perdite di energia lungo la linea, viene aumentare la tensione della corrente elettrica prodotta nelle centrali, da a volt (linee ad alta tensione). Prima di essere utilizzata la corrente elettrica subisce un abbassamento di tensione, che la porta nuovamente a volt e infine, prima di entrare nelle nostre case, a 220 volt.

19 Le filiere di produzione dell’energia

20 Esempio filiera: Energia dal carbone
Estrazione Combustione ed utilizzo di calore (energia chimica trasformata in calore) Trasporto Depurazione (Desolforazione) Trasporto mediante elettrodotti Combustione nelle caldaie delle centrali termoelettriche (energia chimica trasformata in calore) Energia elettrica nelle nostre case Movimento dell’alternatore che produce energia elettrica (energia meccanica trasformata in energia elettrica) Produzione di vapore Rotazione di una turbina (calore trasformato in energia meccanica) Filiera del calore Filiera dell’elettricità

21 Mappa concettuale: Filiera Fonti

22 Filiera Fonti I.2 Fonti Rinnovabili Fonti Non Rinnovabili
Fotovoltaico: Sole / pannello fotovoltaico / inverter / cavi elettrici / lampadina-elettrodomestico Solare Termico: Sole / collettore solare / scambiatore di calore / tubo / acqua calda Eolico: Vento / pala eolica / generatore / elettrodotto / lampadina-elettrodomestico Idroelettrico: Acqua / diga-condotta forzata / turbina / generatore / elettrodotto / lampadina-elettr. Calore da Geotermia: Geyser / tubi captatori / tubi (teleriscaldamento) / termosifone Elettricità da geotermia: Geyser / tubi captatori / centrale geotermica / turbina / generatore / elettrodotto / lampadina-elettrodomestico Elettricità da biomassa: Legno / centrale termoelettrica (piccola) / turbina / generatore / elettrodotto / lampadina-elettrodomestico Calore da biomassa: Legno (pellets-legna) / caldaia / tubi / termosifone Fonti Non Rinnovabili Elettricità da carbone: miniera / Carbone / centrale termoelettrica / turbina / generatore / elettrodotto / lampadina-elettrodomestico Elettricità da petrolio: Piattaforma off-shore / petroliera / raffineria (portuale) / barile / oleodotto / centrale termoelettrica / turbina / generatore / elettrodotto / lampadina-elettrodomestico Elettricità da gas naturale: pozzo di estrazione / Gas / gasdotto / centrale termoelettrica / turbina / generatore / elettrodotto / lampadina-elettrodomestico Calore da gas naturale: pozzo di estrazione / Gas / gasdotto / terminale di distribuzione / tubi gas cittadino / caldaia domestica / termosifone Nucleare: giacimento / Uranio / blindati da trasporto / centrale termonucleare / turbina / generatore / elettrodotto / lampadina-elettrodomestico

23 Croni-Storia dell’Uso & Consumo dell’Energia

24 L’energia nella storia
La storia dello sfruttamento delle fonti di energia da parte dell’uomo, coincide in larga misura con la storia della tecnologia. Ogni innovazione introdotta nel corso dei millenni ha sempre comportato un diverso e, spesso maggiore, ricorso all’energia. CASUALITA’… In numerose occasioni l’Uomo è stato stimolato nello studio e nella ricerca a seguito di un evento spontaneo naturale. I fulmini, la scoperta casuale del fuoco, la capacità di alcune pietre di attrarre metalli, le proprietà termiche e meccaniche dei minerali ferrosi. … CURIOSITA’ Fin dai tempi antichi, le manifestazioni e le fonti energetiche sono state studiate da illustri filosofi, scienziati, ingegneri, architetti con l’obiettivo di facilitare le attività umane, alleviare dolori, alleggerire fatiche. PROGRESSO

25 Gli uomini preistorici vivevano esclusivamente di caccia e pesca.
La preistoria I.3 Gli uomini preistorici vivevano esclusivamente di caccia e pesca. Non cucinavano gli alimenti e le uniche fonti di energia erano il cibo, che veniva trasformato in forza muscolare e i benefici raggi del sole… … circa 450 mila anni fa il nostro antenato Homo Herectus per caso scopre e domina il fuoco, utilizzato per scaldarsi fare luce e cucinare… … con la nascita dell’agricoltura ( – a.C.) l’uomo comincia ad addomesticare alcuni animali e a utilizzare la loro forza. Essi divengono una fonte di energia per trainare l’aratro e trasportare materiali.

26 Le antiche civiltà I.3 Le antiche civiltà col tempo impararono ad utilizzare altre forme di energia… … nell’Asia minore e del Nord Africa inventano la vela (3.200 a.C. circa), viene così facilitato il trasporto via mare e via fiume con imbarcazioni… … a.C. gli egizi presero a sfruttare il moto delle acque per muovere le prime macine; comincia ad essere sfruttata l’energia cinetica contenuta nell’acqua… … d.C. in Cina prima e in Persia dopo, vengono costruiti i primi mulini a vento, in Europa appariranno nel 1105 d.C.; l’energia del vento viene sfruttata per svolgere lavori faticosi: sollevare pesi, macinare il grano, attingere acqua dai pozzi.

27 La rivoluzione industriale
Per tutto il medioevo le fonti di energia continuano ad essere: la legna, la forza muscolare degli animali e degli uomini, il vento e l’acqua corrente. Nel XVII secolo gli inglesi cominciano ad utilizzare sistematicamente come combustibile il carbone, che permette di accelerare i processi industriali. Questo combustibile, particolarmente adatto per il riscaldamento dei forni di fusione dei metalli, diede un grande impulso ai processi produttivi. Inizio così, in Inghilterra verso la fine del Seicento, la rivoluzione industriale. Il salto tecnologico successivo e determinante fu l'invenzione, nel 1769, da parte di James Watt della macchina a vapore. Nel 1814 George Stephenson, sfruttando l’invenzione della macchina a vapore, inventò la locomotiva, che rivoluzionò il sistema di trasporto ancora basato sulla forza animale.

28 L’energia elettrica I.3 Nel 1799 con l’invenzione della pila da parte di Alessandro Volta, inizia l’era dell’energia elettrica. Nel 1878 Thomas Edison inventa la prima lampadina a incandescenza, che rivoluziona il sistema di illuminazione fino ad allora basato su lampade alimentate ad olio o a gas e candele. Nel 1888 il fisico piemontese Galileo Ferrarsi realizza il primo motore elettrico a corrente alternata. Nel ‘900 aumenta l’utilizzo di energia elettrica, nascono le prime centrali termoelettriche capaci di produrne grandi quantità. Esse vengono alimentate all’inizio con il carbone, successivamente con petrolio e gas naturale; fonti non rinnovabili e inquinanti.

29 Il ‘900 nucleare I.3 Nel 1933 l’italiano Enrico Fermi scopre l’energia nucleare di fissione, debutta una nuova era nel settore dell’energia. Purtroppo durante la seconda guerra mondiale gli studi sull’energia nucleare sono per fini militari. Gli USA nel 1945 con due bombe distruggono le città di Hiroshima e Nagasaki, uccidendo centinaia di migliaia di persone. Nel 1951 con la costruzione della prima centrale termonucleare, finalmente l’energia nucleare viene posta a servizio dell’umanità per la produzione di energia elettrica. Nel 1991 al Centro europeo per la fusione nucleare di Culham in Gran Bretagna, viene azionato con successo il JET, una macchina per sperimentare la reazione di fusione nucleare (la stessa reazione fisica che da 4 miliardi di anni tiene acceso il sole); nascita delle speranze per l’utilizzo di una “energia nucleare pulita”, ancora in via di studio.

30 Il ritorno delle fonti rinnovabili
Nell’800 e 900 il consumo mondiale di energia è cresciuto a dismisura. Per soddisfare la domanda di energia, l’umanità è ricorsa all’uso delle fonti non rinnovabili, inquinanti e pericolose, relegando le fonti rinnovabili, note sin dall’antichità, ad un ruolo marginale. Infatti le prime centrali idroelettriche vennero costruite alla fine dell’800… … nel 1903 a Larderello (Toscana) venne costruito il primo impianto sperimentale per la trasformazione dell’energia geotermica in energia elettrica… … i primi aerogeneratori, capaci di ottenere energia elettrica dal vento vennero installati nel 1905… … nel 1953 il fisico Gerald Pearson realizza la prima cella fotovoltaica in silicio, che permette di convertire l’energia solare direttamente in corrente elettrica continua.

31 Il consumo energetico mondiale
Nel mondo il consumo totale di energia nel 2004 è stato di oltre 11 miliardi di tonnellate di petrolio equivalenti (TEP). Tale valore, ormai da 2 secoli, cresce enormemente; è stato calcolato che un abitante di un paese industrializzato, consuma oggi 15 volte più energia che 200 anni fa e 3 volte più che nel 1960. La produzione di energia deriva per oltre l’80% dalla combustione di fonti fossili. L’87% dell’energia prodotta in un anno deriva da fonti inquinanti e non rinnovabili (fossili + nucleare). Il 20% + ricco della popolazione mondiale consuma l’80% dell'energia. In media, ogni americano consuma il doppio di un europeo, più di dieci volte di un cittadino cinese e più di cinquanta volte l'energia consumata da un africano!

32 TEP per persona all’anno
Un consumo diseguale I.3 Tale disparità dei consumi energetici genera nel mondo enormi differenze sociali e talvolta conflitti. In certi paesi la mancanza è talmente elevata da impedire lo sviluppo. Però i danni ambientali provocati dai paesi ricchi con la combustione dei combustibili fossili, come il riscaldamento globale del pianeta, sono costretti a pagarli tutti, anche chi non ha accesso all’energia. Molti abitanti di regioni povere ancora oggi utilizzano la legna come unica fonte di energia per cucinare, riscaldarsi e illuminare le abitazioni, comportamento che produce un serio problema di deforestazione quando la foresta non viene curata e rimboschita. TEP per persona all’anno Mondo 1,5 USA 7,9 Russia 3,3 Giappone 4,0 Cina 0,7 Africa 0,15 Europa a 25 3,9 Italia 3,5 Germania 4,1 Francia 4,3

33 Il consumo energetico in Italia
In Italia nel 2004 il consumo totale di energia è stato di 196 milioni di tonnellate di petrolio equivalenti (TEP). Negli ultimi 30 anni il fabbisogno di energia primaria è aumentato più del 40%, nonostante la popolazione sia rimasta pressochè stazionaria. L’Italia ha una dipendenza energetica dall’estero che supera l’80%. I fabbisogni energetici italiani sono coperti dai combustibili fossili per circa il 92%, mentre solamente il 7,7% da fonti rinnovabili.

34 Il consumo energetico in Italia
Nei settori dell’industria, dei trasporti e degli usi civili (residenziale e terziario) consumiamo il 90,1% di tutta l’energia utilizzata.