L’Energia - cenni

ENERGIA E LAVORO Definizione di energia: CAPACITA’ DI UN SISTEMA DI COMPIERE UN LAVORO Ma cos’è il lavoro? E’ un concetto fisico che implica la trasformazione di un sistema, come lo spostamento di una massa o il suo riscaldamento. Energia e lavoro sono termini equivalenti. La loro unità di misura è il JOULE. Il lavoro è il prodotto di una forza per uno spostamento; l’unità di misura del lavoro, il Joule, equivale a un metro (m) moltiplicato per un Newton (N, unità di forza corrispondente circa a un etto). In pratica: se sollevo di un metro un oggetto pesante un Kg (10 N) compio un lavoro di 1 x 10 = 10 Joule; se sollevo di 2 metri un oggetto pesante 3kg (30 N) compio un lavoro di 2 x 30 = 60 Joule. L’energia è anche quella che impiega l’uomo per svolgere le sue attività quotidiane: pensate alla frase “Oggi mi sento stanco, non ho energie”. L’uomo ricava dal cibo l’energia per muoversi, per il proprio metabolismo e per pensare. L’energia contenuta nei cibi si misura in KiloCalorie; una KiloCaloria equivale a 4187 joule.

ENERGIA – ESEMPI Quindi: Un uomo utilizza energia per muoversi, per mantenere la sua temperatura corporea (metabolismo) e per mantenere/accrescere il proprio corpo; Una automobile, un ascensore, un aereo utilizzano dell’energia per muoversi; Una stufa o un camino utilizzano dell’energia per produrre calore; Una lampadina utilizza energia per illuminare; Uno stereo utilizza energia per emettere suoni E così via.

FORME DI ENERGIA L’energia si presenta sotto diverse forme. L’ energia cinetica è l’energia posseduta da un corpo che si muove; L’ energia potenziale è una energia accumulata da un sistema e pronta a trasformarsi in energia cinetica; In particolare l’ energia potenziale gravitazionale è quella di un corpo portato ad una certa altezza dal suolo (per esempio una pallina poggiata sul palmo di una mano) che si trasforma in energia cinetica, cioè movimento, quando si lascia cadere il corpo. E’ pari al prodotto della forza gravitazionale (proporzionale alla massa dell’oggetto) per l’altezza dell’oggetto dal suolo. Un uomo che sale un piano di scale aumenta la propria energia potenziale del proprio peso in newton moltiplicato per l’altezza di un piano. Ad esempio una persona di 60kg che salga 3 metri di scale compie un lavoro di 60x10x3 = 1800 Joule, pari all’energia potenziale acquistata

FORME DI ENERGIA L’ energia potenziale elastica invece è quella, ad esempio, accumulata in una molla compressa, che si ritrasforma in energia cinetica quando si libera la molla. L’ energia meccanica è definita come la somma dell’energia cinetica e di quella potenziale. L’ energia chimica è quella contenuta in tutti i tipi di combustibili e carburanti e anche nei cibi, che sono il carburante delle persone; L’ energia termica è l’energia sotto forma di calore; una stufa produce energia termica L’ energia elettrica è l’energia posseduta dagli elettroni che si spostano attraverso un cavo conduttore L’ energia luminosa è quella posseduta dai fotoni e necessaria, ad esempio, ad illuminare una stanza

TRASFORMABILITA’ DELL’ENERGIA Il bello dell’energia è che può essere facilmente trasformata da una forma a un’altra forma. Il primo principio della termodinamica afferma che: «L'energia di un sistema termodinamico isolato non si crea né si distrugge, ma si trasforma, passando da una forma a un'altra.» Per esempio: un motore a scoppio trasforma l’energia chimica contenuta nella benzina nell’energia cinetica dell’automobile il fuoco trasforma l’energia chimica contenuta nella legna o in un altro combustibile in calore ; Una lampadina trasforma l’energia elettrica in energia luminosa; Un pannello solare fotovoltaico, al contrario, trasforma l’energia luminosa dei raggi solari in calore;

TRASFORMABILITA’ DELL’ENERGIA Una pila trasforma l’energia chimica contenuta nelle sostanze al suo interno in energia elettrica Una dinamo trasforma l’energia meccanica di una ruota di bicicletta in energia elettrica che accende il suo faro Una pentola a pressione trasforma parte del calore ricevuto (energia termica) in energia potenziale elastica dei gas al suo interno che vengono compressi Si possono fare centinaia di altri esempi.

CONCETTO DI RENDIMENTO Quando si verifica una trasformazione di energia da una forma all’altra, (per esempio da energia elettrica ad energia luminosa) non tutta l’energia di partenza si trasforma nella forma di energia desiderata: in genere una parte di essa si trasforma in calore. In una lampadina ad incandescenza poca energia elettrica si trasforma in energia luminosa, ma la gran parte dell’energia elettrica si trasforma nel calore necessario a rendere incandescente il filamento di tungsteno: si dice che il rendimento di una lampadina a incandescenza è basso In una lampadina a LED quasi tutta l’energia elettrica si trasforma in luce: si dice che il rendimento di una lampadina a LED è alto, e visto che consuma poco rispetto a quanto illumina si dice «lampadina a risparmio energetico»

CONCETTO DI RENDIMENTO In un motore a scoppio gran parte dell’energia chimica contenuta nella benzina si disperde in calore, a causa della combustione della benzina nel cilindro. Di un litro di benzina solo un quarto serve a fare avanzare l’automobile, il resto se ne va in calore. Possiamo quindi dire che un motore a scoppio ha un rendimento del 25%, perché solo il 25% dell’energia di partenza(chimica) si trasforma nell’energia desiderata (meccanica) Allo stesso modo una lampada a led, a parità di luce emessa, assorbe meno energia: si dice che ha un rendimento superiore.

RISPARMIO ENERGETICO Il risparmio energetico consiste in tecniche rivolte a contenere i consumi di energia. Risparmiare energia vuol dire consumarne e sprecarne meno. Posso risparmiare energia in due modi: Riducendo i consumi Aumentando l’efficienza (rendimento) Riduzione dei consumi: posso risparmiare benzina (energia chimica) prendendo meno l’automobile. Aumento efficienza: risparmio energia guidando l’automobile in maniera più tranquilla (evitando di «dare gas») o scegliendo un’auto che consuma meno. Riduzione dei consumi: Posso risparmiare energia elettrica spegnendo le luci che non sono necessarie. Aumento efficienza: posso risparmiare energia elettrica utilizzando lampadine a basso consumo Riduzione dei consumi: Posso risparmiare il gas per il riscaldamento (energia chimica) mantenendo la temperatura interna alla casa a 20-21° e non oltre. Aumento efficienza: risparmio gas per il riscaldamento tenendo chiuse le finestre oppure migliorando l’isolamento termico dell’abitazione.

ENERGIA ELETTRICA Nelle infinite trasformazioni delle energie, la forma che più si presta all’utilizzo da parte dell’uomo è l’energia elettrica. L’energia elettrica è una forma di energia cosiddetta «secondaria», perché si ricava trasformando altre forme di energia presenti in natura (dette primarie). A sua volta l’energia elettrica si presta ad essere ri-trasformata in tutte le altre forme di energie (ad esempio con una lampadina, un forno elettrico, un motore elettrico e così via) Posso ricavare elettricità dalle centrali idroelettriche, che trasformano l’energia cinetica e potenziale dell’acqua in energia elettrica: in questo caso parleremo di energia idroelettrica. Posso ricavare elettricità dalle pale eoliche, che trasformano l’energia cinetica del vento in energia elettrica: in questo caso parleremo di energia eolica. La posso ricavare bruciando dei combustibili, che scaldano dell’acqua nelle centrali termoelettriche; l’acqua, evaporando, fa girare delle turbine che azionano delle dinamo che producono energia elettrica: in questo caso parleremo di energia termoelettrica.

ENERGIA ELETTRICA Posso ricavare elettricità dal sole, attraverso dei pannelli fotovoltaici che trasformano l’energia luminosa del sole in energia elettrica: in questo caso parleremo di energia solare. E non dimentichiamo l’energia nucleare, quella marina ecc. ecc. La facilità di trasformazione dell’energia elettrica, unita alla facilità di trasportarla da un luogo all’altro attraverso cavi elettrici (elettrodotti, fatti di materiale conduttore di elettricità) la rendono l’energia più usata nelle nostre case. Per avere l’energia che mi serve basterà attaccare una spina alla presa. Ad esempio per scaldarmi non avrò più bisogno di accendere un fuoco, ma mi basterà collegare una stufa elettrica; per illuminare una stanza basterà attaccare alla presa una lampada elettrica, anche quando è notte; per lavare i panni non li strofinerò più a mano, ma basterà collegare una lavatrice. Con l’energia elettrica il luogo di produzione può essere molto distante dal luogo di consumo dell’energia. Ad esempio una pala eolica trasforma il vento in energia elettrica che viene trasportata a migliaia di km di distanza fino a casa mia, dove potrei collegare alla presa un ventilatore che, in pratica, trasforma nuovamente in vento l’energia elettrica proveniente dal vento.