Tema 4 - ScuolaZoo

Le forme e le trasformazioni di energia
DALLA FORZA DEI MUSCOLI ALL’ENERGIA NUCLEARE
La prima fonte d’energia di cui l’uomo si è servito è stata quella dei propri muscoli, a sua volta
derivante dall’energia chimica degli alimenti. La utilizzava per procurarsi cibo raccogliendo piante e
cacciando animali e per difendersi dai nemici.
Divenuto agricoltore e allevatore, l’uomo imparò ad utilizzare anche l’energia muscolare degli animali
e a trasformarla in lavoro. In questo modo, oltre a faticare di meno, sfruttava una forza, quella
degli animali, assai superiore alla sua: la forza di tiro di un cavallo equivale, con molta
approssimazione, a quella di sette uomini.
Per millenni furono queste le uniche fonti d’energia utilizzate dall’uomo per costruire edifici e
strade, per coltivare terreni e trasformare l’ambiente: i propri muscoli e gli animali.
Solo dopo molto tempo l’uomo imparò ad utilizzare anche altre fonti naturali d’energia: ad esempio il
calore sviluppato dai raggi del sole o dal fuoco per essiccare o cuocere i cibi e lavorare i metalli; e
questa situazione durò per tutta la preistoria e per gli albori della storia.
Ai tempi dei Greci e dei Romani, ad alleviare la fatica fisica dell’uomo cominciò a contribuire anche
l’energia idrica ricavata dall’acqua. Essi, infatti, avevano imparato ad utilizzare la ruota idraulica per
azionare i mulini e macinare i cereali: operazione, quest’ultima, che in precedenza veniva effettuata
sfruttando l’energia muscolare di due uomini o di un animale da tiro.
I primi mulini risalgono al primo secolo avanti Cristo, ma perché l’uomo riesca a sfruttare
consistentemente l’energia idrica occorre aspettare fino al Medioevo. Allora le ruote idrauliche
vennero impiegate per la prima volta per muovere i magli e i mantici delle botteghe dei fabbri, per
azionare filatoi e altre macchine per la lavorazione dei tessuti, per mettere in movimento seghe
idrauliche per il taglio dei tronchi d’albero, per preparare la pasta di legno nelle cartiere.
Notevole importanza ebbe anche lo sfruttamento dell’energia eolica ricavata dal vento; la prima
utilizzazione fu nelle barche a vela e poi nei mulini a vento, i più antichi dei quali risalgono attorno
al VII secolo d.C.
Attraverso la ricerca tecnologica, già nell’antichità l’uomo era riuscito a diminuire anche
notevolmente la fatica fisica legata al lavoro grazie a dispositivi capaci di sviluppare una forza
molto superiore alla sua: basta pensare alle invenzioni della vite senza fine di Archimede(III secolo
a.C.), al piano inclinato, alla carrucola, ai paranchi.
Addirittura, nel Rinascimento, alcuni scienziati progettarono dispositivi e macchine che, sulla carta,
erano in grado di sostituire completamente (o quasi) l’energia muscolare dell’uomo: però molte di
quelle intuizioni, pur avendo una loro validità teorica, si potevano realizzare solo molto più tardi, nel
nostro secolo: è il caso, ad esempio, di alcuni progetti di Leonardo da Vinci che hanno anticipato
l’invenzione della bicicletta, dell’automobile, dell’aeroplano, e del paracadute, naturalmente a livello
tecnico, senza cioè trovare applicazione pratica.
Ma l’invenzione grazie alla quale l’uomo è riuscito a trasformare in lavoro quantità di energia tale da
poter mettere in movimento impianti industriali, carrozze, locomotive, navi, è stata la macchina a
vapore, realizzata nella seconda metà del XVIII secolo.
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Nel secolo successivo importanti invenzioni scientifiche e tecnologiche – come i generatori e i
motori elettrici – hanno portato alla nascita di nuove industrie, accelerando la rivoluzione
industriale iniziata nel Settecento.
Da allora sono stati fatti passi da gigante sia nell’evoluzione scientifica che in quella tecnologica:
con l’impiego di materie prime sfruttate appieno solo nel nostro secolo come il petrolio e il metano;
con la ricerca di nuove fonti di energia, quali l’energia nucleare; con l’utilizzazione su vasta scala
dell’energia elettrica. Tutti i fattori di progresso che hanno determinato cambiamenti profondi
nella nostra società.
ENERGIA DAL SOLE
L’energia solare è la fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque in modo gratuito; la sua
utilizzazione, tuttavia presenta problemi tecnici ed economici che rendono notevole il divario tra le
capacità potenziali e la possibilità pratiche d’impiego.
Un primo problema è rappresentato dalla bassa densità energetica dell’energia solare è dato dalla
sua discontinuità, dovuta non solo dall’alternanza del giorno e della notte e al ciclo delle stagioni ma
soprattutto alla variazione delle condizioni meteorologiche.
Nel campo della sperimentazione delle tecnologie per la produzione di energia elettrica da energia
solare vengono svolti programmi di ricerca e di dimostrazione essenzialmente nel settore
fotovoltaico, che è caratterizzato dal maggiore contenuto di innovazione e con maggiori potenzialità
di progresso tecnologico.
ENERGIA DAL VENTO
Quella del vento è la fonte energetica rinnovabile che offre maggiori possibilità di competitività,
nel medio termine, con le fonti tradizionali nella produzione di energia elettrica.
Si tratta di una forma di energia molta diffusa che si rende disponibile sotto forma meccanica, ed
è perciò trasformabile con un buon rendimento in elettricità.
La quantità di energia eolica disponibile è teoricamente grandissima, ma la possibilità di utilizzarla è
fortemente limitata dalla sua irregolarità e incostanza e da una concentrazione energetica
relativamente bassa.
L’Italia non è esposta ai venti forti e regolari caratteristici dei paese affacciati sugli oceani.
Esistono comunque venti di buona intensità, in particolare in alcune località alpine e appenniniche e
sulle coste, soprattutto nelle regioni meridionali e nelle isole.
Le macchine eoliche derivano dai tradizionali mulini a vento e sono costituiti essenzialmente da un
rotore, formato da alcune pale fissate su di un mozzo e progettate per sottrarre al vento parte
della sua energia cinetica per trasformarla in energia meccanica e quindi in elettricità.
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