Concetto generale di energia

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1 Concetto generale di energia
F = a*m F = Forza Il newton (simbolo: N) è un'unita di misura della forza 1 N = 1kg*m/s^2 Una massa di un chilogrammo, in prossimità della superficie terrestre, ha un peso di circa 9,81 newton Lavoro In fisica, il lavoro compiuto da una forza su un oggetto è la variazione di energia cinetica che l'oggetto subisce lungo un generico percorso L'accelerazione di gravità g prodotta dal campo gravitazionale terrestre è stata posta uguale al valore convenzionale di 9,80665 m/s2 L = F * S P = L / t Una forza è una grandezza fisica vettoriale che si manifesta nell'interazione di due o più corpi, la sua caratteristica è quella di indurre una variazione dello stato di quiete o di moto dei corpi stessi. il lavoro compiuto da una forza su un oggetto è la variazione di energia cinetica che l'oggetto subisce lungo un generico percorso. Nel caso di un campo di forza conservativo il lavoro è la variazione di energia potenziale tra gli estremi del percorso. La potenza è definita come il lavoro (L) compiuto nell'unità di tempo (t):

2 Fonti di Energia Rinnovabili Esauribili
Le fonti di energia sono quei fenomeni naturali e quelle materie prime che l’uomo utilizza per ricavarne una forma di energia utile Fonti di Energia Rinnovabili Esauribili Idrica Eolica Solare Geotermica Combustibili Fossili Uranio Bacini Montani Acqua Fluente Carbone Gas Pannelli Termici Celle fotovoltaiche Petrolio Origine Vegetale Origine Animale Una classificazione importante di fonti è quella tra fonti esauribili e rinnovabili, oggi essenzialmente le esauribili sono i combustibili fossili (petrolio, carbone, gas naturale) e nucleari (uranio); le fonti rinnovabili sono, l'energia idrica, eolica, geotermica e solare. Le fonti energetiche attualmente più utilizzate sono le fonti esauribili. Una fonte di energia viene definita primaria quando è presente in natura e quindi non deriva dalla trasformazione di nessuna altra forma di energia.

3 Forme di Energia 1 4 2 3 5 8 6 7 9 E. Raggiante E. Elettrica
Le forme di energia sono i modi in cui l’uomo fino ad oggi è riuscito a trasformare le fonti di energia in lavoro Forme di Energia E. Chimica 1 4 2 E. Raggiante 3 E. Elettrica E. Termica E. Nucleare 5 8 I numeri riportati nello schema sono le possibili conversioni di energia. 6 7 9 E. Meccanica E. Cinetica E. Potenziale

4 Sintetica definizione delle forme di energia fondamentali
L’energia ne si crea ne si distrugge ma si può solo trasformare da una forma ad un’altra Sintetica definizione delle forme di energia fondamentali L'energia chimica è immagazzinata nei legami chimici ed è sostanzialmente riconducibile alla somma dell'energia potenziale delle interazioni elettrostatiche delle cariche presenti nella materia , più l'energia cinetica degli elettroni. Quando si parla di energia elettrica elettrica si parla sostanzialmente dell’energia posseduta dagli elettroni che si spostano in un conduttore.La corrente elettrica è un qualsiasi flusso ordinato di carica elettrica, tipicamente attraverso un cavo metallico o qualche altro materiale conduttore per un tempo prolungato. L’energia termica o calore si trasmette dal corpo più caldo al corpo più freddo . Le particelle più calde si muovono più rapidamente di quelle che si trovano ad una temperatura più bassa . L’energia meccanica si distingue in energia potenziale ed energia cinetica. L’energia potenziale è l’energia possedute dai corpi fermi . L’energia cinetica è l’energia posseduta dai corpi in movimento L’energia potenziale è direttamente proporzionale dalla massa del corpo, alla costante g (accelerazione di gravità ) e ad h dislivello rispetto alla linea di terra M*g*h L’energia cinetica è direttamente proporzionale a 1/2 della massa del corpo e alla velocità al quadrato del corpo stesso 1/2*V^2

5 Tabella per sintetizzare le fonti di energia
Sintetizzare un testo in una tabella, significa raggruppare le notizie che il testo fornisce, secondo criteri che possono consentire di apprendere e memorizzare più razionalmente il testo stesso. Nel nostro caso si potrebbe usare una tabella di questo tipo . Non è detto che la tabella debba essere compilata in tutte le sue parti. La denominazione di una materia prima o di un fenomeno alle volte dipende dal contesto a cui ci si riferisce. La definizione è ciò che normalmente si trova sul vocabolario a quel determinato lemme, e può contenere anche alcune caratteristiche peculiari, che andranno poi ripetute nella colonna caratteristiche . Le parti spesso riguardano gli aspetti chimici, o fisici se si parla di fenomeni naturali. La funzione riguarda il modo in cui la fonte viene sfruttata o veniva sfruttata in passato . Le caratteristiche sono l’aspetto essenziale del lavoro , si deve indicare perché tale fonte è adatta a quello scopo e quali sono i vantaggi e gli svantaggi di tale fonte. Denominazione Definizione Parti Funzione Caratteristiche Origine

6 Motori termici I motori termici sono quelle macchine che consentono di convertire l’energia Termica in energia Meccanica ( Cinetica ) Motori a combustione esterna Motori a combustione interna I motori a combustione interna sono i motori che non dispongono di una caldaia, la combustione avviene all’interno del cilindro, il gas prodotto dalla combustione diventa il fluido di lavoro. I motori a combustione interna più noti sono i, cosiddetti, motori a scoppio . I motori a combustione esterna sono i motori che dispongono di una caldaia, nella quale viene prodotto un fluido sufficientemente caldo per trasformare l’energia termica in energia cinetica . I motori a combustione esterna più noti sono stati i motori a vapore .

7 Principio di funzionamento
All’interno di un ambiente chiuso un gas tende a muoversi liberamente, gli atomi o le molecole del gas, così facendo urtano contro le pareti dell’ambiente. Se aumenta la temperatura aumenta proporzionalmente la velocità con cui si spostano le molecole del gas, ciò comporta un proporzionale aumento degli urti contro le pareti. La somma degli urti contro le pareti nell’unità di tempo si può definire pressione del gas. All’aumentare della temperatura aumenta la pressione in modo proporzionale e viceversa

8 Macchina di Papin Acqua Vapore Condensazione

9 Macchina di Newcomen La macchina di Newcomen viene definita anche macchina a pressione atmosferica . Prende le mosse dalla macchina di Papin . Da una caldaia arriva il vapore, sempre disponibile, al cilindro regolato da un rubinetto. Il pistone , collegato ad un bilanciere , mediante una catena si solleva per effetto sia del vapore sia di un contrappeso posto dall’altra parte del bilanciere . Il vapore serve solo a controbilanciare la pressione atmosferica, in quanto il cilindro nella parte alta è aperto. Quando il pistone raggiunge il punto morto superiore l’operatore aprirà il rubinetto dell’acqua fredda , in modo da far condensare il vapore all’interno del cilindro. In questo modo si crea un vuoto all’interno del cilindro che consente alla pressione atmosferica di riportare in basso il pistone .

10 Diagramma di flusso lineare
L’esempio si riferisce Alla macchina di Newcomen . Seguendo le frecce si può ricostruire la successione delle fasi e dei tempi della macchina stessa . In questo modo diventa molto più chiaro il funzionamento e la funzione delle varie parti della macchina . Tempi Parti I FASE T1 T2 T3 T4 T5 Caldaia Condotto Vapore Cilindro Pistone Bilanciere contrappeso Pompa Conten. acqua fredda Condotto acqua fredda Pressione atmosferica Espansio ne Conden sazione

11 Confronto degli schemi delle Macchine di Watt e Newcomen
La Macchina di Watt è l’evoluzione della macchina di Newcomen . Watt evita la condensazione interna al cilindro inserendo per prima cosa il condensatore separato, tutte le altre innovazioni sono la conseguenza di questa scelta. Nella Macchina di Newcomen la condensazione avviene nel cilindro, ciò crea notevoli problemi perché il metallo del cilindro si deformava per effetto degli sbalzi termici

12 Modello della macchina di Watt
Nella macchina di Watt differentemente dalla macchina di Newcomen il vapore agisce su entrambi i lati del pistone . Watt aggiunge alla macchina di Newcomen un condensatore separato , il cassetto di distribuzione , il sistema a parallelogramma, il volano, e il regolatore centrifugo. Il rendimento della macchina di Watt è nettamente superiore, almeno di 40 volte il rendimento della macchina di Newcomen. Watt deve chiudere il cilindro per poter fare agire il vapore sia nella perte superiore sia nella parte inferiore. La condensazione del vapore, che nella macchina di Newcomen, avveniva all’interno del cilindro, in questa avviene nel condensatore separato. Il cassetto di distribuzione , il vero cuore della macchina, è collegato con la caldaia, con il condensatore e con il cilindro, questo ultimo in due punti sopra e sotto, in modo d’avere due camere di espansione. Il cassetto è azionato da uno stantuffo interno che si muove per effetto del movimento della macchina stessa. Il bilanciere è collegato dall’altra parte ad un volano che permette alla macchina di avere un moto regolare.

13 Diagramma di flusso della macchina di Watt

14 La macchina di Watt con il cilindro disposto in orizzontale utilizzata in industrie

15 Motori a combustione interna
Motori a 2 tempi Motori a 4 tempi Benzina/Metano Diesel I motori a combustione interna possono essere a 4 tempi o a 2 tempi, i primi possono funzionare con un combustibile come la Benzina o come il Metano, oppure con la nafta detta anche diesel

16 Parti fondamentali di un motore a 4 Tempi
Nel motore a combustione interna il pistone viene spinto verso il basso dalla combustione di un combustibile ( Benzina ) che miscelato precedentemente con aria è immesso nel cilindro per mezzo dell’apertura di una valvola. Una candela ( organo elettrico) fa scoccare la scintilla alla fine della fase di compressione consentendo l’innesco della rapida combustione ( detta scoppio ) . Il pistone scende, così rapidamente verso il basso , convertendo l’energia termica del combustibile in energia cinetica dell’albero motore. Normalmente un motore a combustione interna possiede quattro cilindri per poter dare una spinta costante all’albero motore , in quanto la fase attiva è solo quella di scoppio

17 Le quattro fasi di un motore a scoppio a benzina
Un motore a combustione interna segue un ciclo di più fasi . Il più comune è quello a 4 fasi . La 1° fase è la fase di aspirazione, una miscela di aria e benzina entra nel cilindro risucchiata dalla discesa del pistone . La valvola di aspirazione è aperta mentre quella di scarico è chiusa. La 2° fase è la fase di compressione, la miscela di aria e benzina viene compressa verso l’alto, verso la testa del cilindro, dove si trova la candela. Le due valvole sono entrambe chiuse. La 3° fase è quella di scoppio la miscela aria benzina , già surriscaldata per effetto dell’elevata pressione si incendia a causa dello scoccare della scintilla prodotta dalla candela La 4° fase è quella di scarico, i gas prodotti dalla combustione fuoriescono dal condotto di scarico

18 Schema dell’impianto elettrico del motore a scoppio
La batteria fornisce una correte a bassa tensione, all’accensione del motore la bobina trasforma la correte a bassa tensione in una corrente ad alta tensione. Questa viene distribuita alle candele mediante lo spinterogeno

19 Motore Diesel In un motore diesel a differenza di un motore a benzina, lo scoppio non avviene per lo scoccare di una scintilla ma per l’elevata temperatura che il combustibile diesel incontra all’interno del cilindro. Il combustibile diesel si incendia con maggiore facilità della benzina . Gli iniettori sostituiscono le candele in un motore diesel, in tal modo l’apparato elettrico che consente lo scoccare della scintilla diventa superfluo.

20 Motore a due tempi Il motore a due tempi,come quello a quattro tempi, funziona mediante l' esplosione della miscela benzina-aria, ma si differenzia da quest' ultimo, perchè mancano gli organi di distribuzione e lubrificazione. Per la lubrificazione, viene sfruttato direttamente l' olio presente nella miscela. Questo motore, non ha valvole, al posto di queste, il cilindro ha tre luci: una luce (S) per lo scarico del gas bruciato, una luce (C) che mette in comunicazione il carburatore con il carter del motore, ed una luce (M) che permette il passaggio della miscela dal carter al cilindro. La fase di scoppio, avviene ad ogni giro completo dell' albero motore, con due sole corse(verso il basso e verso l' alto) del pistone,contro i due giri completi di quello a quattro tempi, quindi la resa è notevolmente superiore!