Responsabilità.
Lezione di approfondimento
sull'energia dopo la visita al Treno
scuola e scoperta delle FFS.
Documentazione per l’insegnante.
INS 1
Lezione di approfondimento sull'energia.
Contenuto.
Livello.
Fonti e forme di energia
Alunni tra gli 11 e i 16 anni.
Obiettivi d'apprendimento.
Tempo.
• SeS sanno distinguere tra vettori energetici
rinnovabili e non rinnovabili.
• SeS conoscono i vantaggi e gli svantaggi dei diversi
vettori energetici.
• SeS sanno in che modo l'energia viene trasformata
e dove viene utilizzata.
90'
Materiale.
Commento dell'insegnante, lucido 1, coppie di immagini
fonti rinnovabili/non rinnovabili, scheda di lavoro
«Energia», scheda di lavoro «Compito di gruppo», parole
chiave sulla trasformazione dell'energia
Svolgimento della lezione.
Durata Contenuto
Realizzazione didattica
Organizzazi-
Materiale
one del lavoro
in classe
10'
1. Dove consumo
SeS pensano alle situazioni nelle quali oggi hanno già
energia?
consumato energia e alle fonti da cui essa proviene
PL
Lucido 1
PL
Diagramma del
(vettori energetici). I risultati sono raccolti e discussi in
plenaria. I vettori energetici indicati vengono suddivisi per
gruppi, ad es. nel gruppo corrente elettrica e petrolio.
5'
2. Che energia consu- L'insegnante mostra due grafici a torta che visualizzano il consumo energetico in Svizzera nel 2002 e
consumo energe-
nel 2011. SeS interpretano i diagrammi. Che cosa
tico con i vettori
è cambiato? Perché?
energetici
3. Approccio al tema
Formare gruppi: SeS ricevono un'immagine e cercano PL
Coppie di imma-
«Che cos'è l'energia?
il partner con la stessa immagine (energia rinnovabile/
gini con fonti
Da dove proviene
non rinnovabile). Una volta formati i gruppi, ogni
rinnovabili/non
l'energia?»
gruppo discute quali sono i punti comuni e le diffe-
rinnovabili
miamo in Svizzera?
5'
renze delle immagini che hanno ricevuto.
25'
4. Che cos'è l'energia? Suddivisi in coppie, SeS leggono e rispondono alle
Da dove proviene
LiC
domande della scheda di lavoro
Scheda di lavoro
«energia»
l'energia? Che forme
di energia esistono?
Scheda di lavoro
35'
LG
Scheda di lavoro
5. Processi di trasfor-
SeS si organizzano in gruppi da 3-5 persone. Ogni
mazione dell'energia
gruppo prepara un cartellone che illustra l'energia
«Compito di
primaria e il suo processo di trasformazione. Come
gruppo», parole
aiuto vengono fornite parole chiave del processo di
chiave sulla
trasformazione dell'energia e la griglia del processo
trasformazione
di trasformazione, da completare con le parole chiave.
dell'energia
Una volta ricostruito il processo di trasformazione,
i gruppi indicano i vantaggi e gli svantaggi dell'energia
primaria illustrata. Alla fine, ogni gruppo presenta il
cartellone che ha preparato.
Legenda: LiC lavoro in coppia, PL Plenaria, LG lavoro di gruppo, LI lavoro individuale, SeS scolari e scolare, INS Insegnante
Documentazione per l’insegnante.
Soluzioni: Energia.
1. Dove consumo energia?
SeS pensano alle situazioni nelle quali oggi hanno già consumato energia e alle fonti da cui essa proviene
(vettori energetici).
Possibili soluzioni.
Riscaldamento, doccia, sveglia, computer, colazione, bicicletta, luce, lavare i denti ecc.
2. Che energia consumiamo in Svizzera?
L'insegnante mostra due grafici a torta che visualizzano il consumo energetico in Svizzera nel 2002
e nel 2011. SeS interpretano i diagrammi. Che cosa è cambiato? Perché?
Lucido 1:
Consumo finale di energia nel 2011: 852 330 TJ
Consumo finale di energia nel 2002: 853 670 TJ
Commento dei diagrammi.
• Il consumo di olio da riscaldamento cala dato che gli edifici di nuova costruzione necessitano di
minore energia ed esistono numerose alternative al riscaldamento con olio combustibile.
• Il consumo di carburante invece aumenta perché aumenta il traffico motorizzato.
• Sebbene gli apparecchi elettrici diventino sempre più efficienti sotto il profilo energetico, il consumo
di corrente elettrica aumenta perché il numero degli apparecchi utilizzati è in continua crescita.
INS 2
Documentazione per l’insegnante.
Soluzioni: Energia.
Informazioni supplementari.
Lucido 2: Evoluzione del consumo di energia dal 1910 al 2011
Lucido 3: Watt pro capite nel raffronto mondiale.
http://www.2000watt.ch/2000-watt-gesellschaft/
Commento.
Pro capite consumiamo più di 6000 Watt di carico termico continuo, vale a dire 3 volte di più della media
della popolazione mondiale.
INS 3
Documentazione per l’insegnante.
INS 4
Soluzioni: Energia.
3. Approccio al tema «Che cos'è l'energia? Da dove proviene
l'energia?»
Formare gruppi.
SeS ricevono un'immagine e cercano il partner con la stessa immagine (energia rinnovabile/non
rinnovabile). Una volta formati i gruppi, ogni gruppo discute quali sono i punti comuni e le differenze
delle immagini che hanno ricevuto.
Le coppie d’immagini mostrano fonti di energia rinnovabile e non rinnovabile. La scheda di lavoro può
anche essere consegnata in versione completa a SeS, che devono allora scoprire quali sono i punti in
comune delle coppie d’immagini.
4. Che cos'è l'energia? Da dove proviene l'energia? Che forme
di energia esistono? (Scheda di lavoro)
Suddivisi in coppie, SeS rispondono alle domande della scheda di lavoro.
Qual è la differenza tra energia primaria e secondaria?
L'energia primaria è presente come tale in natura, non può tuttavia essere utilizzata direttamente come
energia. L'energia secondaria è ricavata dalla trasformazione dell'energia primaria e può alla fine essere
utilizzata.
Quali vettori di energia primaria sono rinnovabili?
Sole, vento, acqua, calore, biomassa, energia geotermica
Quali vettori termici sono fossili?
Uranio, petrolio, gas naturale, carbone
Qual è lo svantaggio dei processi di trasformazione?
Una parte dell'energia, principalmente sotto forma di calore, è dispersa.
L'energia si presenta in sotto differenti forme
Vettori
energetici
energia eolica
energia idrica
energia
geotermica
energia
mareomotrice
Forma
di energia
radiazioni
energia
cinetica
energia
cinetica
energia termica
energia
cinetica
Vettori
energetici
biomassa
petrolio
gas naturale
uranio
carbone
Forma di
energia
energia
chimica
energia
chimica
energia
chimica
energia
chimica
energia
chimica
Documentazione per l’insegnante.
INS 5
Soluzioni: Energia.
5. Processi di trasformazione dell'energia, lavoro di gruppo.
Ogni gruppo tratta un tipo di energia primaria e presenta i risultati alla classe (6 gruppi).
Energia
primaria
1° trasformatore
petrolio
raffineria
Energia
secondaria
olio da riscaldamento
benzina/cherosene
2° trasformatore
Energia utile
riscaldamento
calore
motore a
combustione
(auto/aereo)
movimento
Vantaggi e svantaggi:
• elevato contenuto energetico
• fonte non rinnovabile
• dipendenza dall'estero
• l'estrazione danneggia la natura
• lunghe vie di trasporto
• rischio di incidenti navi petroliere
• provoca gas effetto serra (CO2) -> cambiamento climatico
Energia
primaria
energia idrica
Energia
secondaria
1° trasformatore
centrale idroelettrica (generatore)
energia elettrica
2° trasformatore
apparecchi
elettrici (asciugacapelli, boiler,
lampada, TV,
frullatore ecc.)
Energia utile
calore, luce,
lavoro meccanico ecc.
Vantaggi e svantaggi:
• rinnovabile
• utilizzabile in molti posti -> produzione locale di energia
• non producono gas a effetto serra
• intervento sulla natura (edilizio) piuttosto modesto
• effetti negativi nel mondo animale (pesci), trasporto solido di fondo dei corsi d'acqua e quantità d'acqua
Energia
primaria
energia eolica
Energia
secondaria
1° trasformatore
centrale eolica
(generatore)
energia elettrica
Vantaggi e svantaggi:
• rinnovabile
• utilizzabile in molti posti -> produzione locale di energia
• non producono gas a effetto serra
• intervento sulla natura (edilizio) modesto
• pochi effetti negativi nel mondo animale (uccelli, pipistrelli)
2° trasformatore
Energia utile
apparecchi
elettrici (asciuga- calore, luce,
lavoro meccacapelli, boiler,
nico ecc.
lampada, TV,
frullatore ecc.)
Documentazione per l’insegnante.
INS 6
Soluzioni: Energia.
Energia
primaria
energia
geotermica
Energia
secondaria
1° trasformatore
sonda geotermica
liquido riscaldato
2° trasformatore
scambiatore di
calore
Energia utile
acqua calda per
riscaldamento
Vantaggi e svantaggi:
• rinnovabile
• utilizzabile in molti posti -> produzione locale di energia
• non ci sono gas effetto serra
• intervento edilizio (perforazione) notevole e costoso
• nessun effetto negativo sulla fauna
• potenziali conflitti per l'utilizzo del sottosuolo (acque sotterranee, traffico, edifici)
Energia
primaria
uranio
Energia
secondaria
1° trasformatore
centrale elettronucleare (turbina a vapore e
generatore)
energia elettrica
2° trasformatore
apparecchi
elettrici (asciugacapelli, boiler,
lampada, TV,
frullatore…)
Energia utile
calore, luce,
lavoro meccanico…
Vantaggi e svantaggi:
• elevato contenuto energetico, radioattività
• fonte non rinnovabile
• dipendenza dall'estero
• l'estrazione danneggia la natura
• costosa preparazione dei materiali fissili, che richiede già di per sé notevole energia
• estrema complessità dell'impianto nucleare
• lo stoccaggio delle scorie radioattive non è ancora stato risolto
Energia
primaria
Energia
secondaria
1° trasformatore
2° trasformatore
impianto
fotovoltaico
energia elettrica
apparecchi
elettrici (asciugacapelli, boiler,
lampada, TV,
frullatore ecc.)
collettori termici
liquido riscaldato
scambiatore di
calore
energia solare
Vantaggi e svantaggi:
• rinnovabile
• utilizzabile in molti posti -> produzione locale di energia
• non ci sono gas effetto serra
• nessun effetto negativo sulla fauna
• nessuna produzione di notte, produzione ridotta d'inverno
Energia utile
calore, luce,
lavoro meccanico ecc.
acqua calda per
la doccia
Documentazione per l’insegnante | Lucido 1.
INS 7
Suddivisione del consumo finale in Svizzera per vettore energetico. (2011)
Fonte: BFE, Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2011
Suddivisione del consumo finale in Svizzera per vettore energetico. (2002)
Fonte: BFE, Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2002
Documentazione per l’insegnante | Lucido 2.
Consumo finale di energia 1910-2011 per vettore energetico.
Fonte: BFE, Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2011
INS 8
Documentazione per l’insegnante | Lucido 3.
Watt per persona nel confronto mondiale.
Fonte: www.2000watt.ch/2000-watt-gesellschaft
INS 9
Scolari e scolare | Foglio di lavoro | Coppie di immagini energia rinnovabile/non rinnovabile.
Coppie di immagini.
Fonte: Erneuerbare Energien, Andreas Hügli, 2007, h.e.p. verlag AG
SeS 1
Scolari e scolare | Foglio di lavoro 1/2.
Energia.
Che cos'è l'energia?
La parola energia deriva dal greco antico «energeia» e significa attività, azione efficace. L'energia
non è visibile, ma se ne riconosce l'azione, per es. il movimento, l'illuminazione o il riscaldamento di
un oggetto. In generale, l'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro.
Da dove proviene l'energia?
I vettori energetici sono sostanze il cui contenuto energetico può essere utilizzato per i processi di
trasformazione. La maggior parte dei vettori energetici che utilizziamo sulla Terra sono dovuti in ultima
analisi al sole.
I vettori energetici primari sono quelli messi a disposizione dalla natura, che non sono stati ancora
soggetti a un processo di trasformazione. Rientrano in questo tipo di vettori l'energia idrica, l'energia
solare, l'energia eolica, l'energia geotermica, l'energia mareomotrice, la biomassa, il petrolio, il gas naturale, l'uranio e il carbone. Tramite i processi di trasformazione nelle centrali elettriche e nelle raffinerie,
dall'energia primaria viene ricavata energia secondaria (per es. corrente elettrica, olio da riscaldamento,
benzina). Nei processi di trasformazione una parte dell'energia viene sempre dispersa, nelle maggior parte
dei casi, sotto forma di calore. È definita energia utile l'energia che alla fine del processo di trasformazione
l'uomo utilizza, soprattutto come energia termica, motoria o come luce.
Si distingue tra vettori energetici fossili ed energie rinnovabili. I vettori energetici fossili petrolio,
gas naturale e carbone sono composti di idrocarburi, formatisi dalla decomposizione di materiale
organico (piante e animali) nel corso di processi geologici di trasformazione durati milioni di anni. Sulla
scala dei tempi umana non è più possibile lo sviluppo di nuove energie fossili. Per questo motivo le
riserve di energia fossile sono definite come energie non rinnovabili. Anche l'uranio non è rinnovabile.
Sono chiamate energie rinnovabili le fonti di energia che sulla scala dei tempi umani non sono
praticamente esauribili oppure si rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate
(p. es. energia solare).
Rispondete alle seguenti domande.
Qual è la differenza tra energia primaria e secondaria?
Quali vettori di energia primaria sono rinnovabili?
Quali vettori di energia primaria sono fossili?
Qual è lo svantaggio dei processi di trasformazione?
SeS 2
Scolari e scolare | Foglio di lavoro 2/2.
SeS 3
Energia.
L'energia si presenta in forme molteplici.
L'energia cinetica (dal greco antico kinesis = movimento) è l'energia, che un corpo possiede a causa
del proprio movimento. Un ciclista ha energia cinetica.
Viene chiamata energia chimica l'energia contenuta nei legami chimici di atomi o molecole. Questo
tipo di energia viene liberato nei processi chimici e trasformato per es. in energia termica. Sono processi
di questo tipo la combustione di olio per riscaldamento, la combustione di legna o la metabolizzazione
del cibo nel nostro organismo.
L'energia termica è l'energia generata dall'eccitazione degli atomi o delle molecole di una sostanza.
Nel linguaggio comune è chiamata anche «calore». La combustione del legno produce energia termica.
L'energia elettrica è un tipo di energia associato all'elettricità, mediante la quale viene trasmessa
o immagazzinata. È generata dall'eliminazione di elettroni dal nucleo dell'atomo. Generatori, batterie e
cellule solari forniscono energia elettrica, che in natura si manifesta nei campi elettrici generati dai
fulmini o dai pesci elettrofori.
La luce è energia radiante. Viene ceduta dal sole, dalla fiamma di una candela o da una lampadina.
Il ferro, per esempio, quando è arroventato emette radiazioni luminose visibili. La lampadina, ad esempio,
funziona secondo questo principo: la corrente elettrica rende incandescente un filamento di metallo.
Disegna in ciascun campo un simbolo per i
10 vettori di energia primaria menzionati nella
sezione «Da dove proviene l'energia» specificando
di quale forma di energia si tratta.
Vettori
energetici
Forma di
energia
Vettori
energetici
Forma di
energia
Energia
radiante
Scolari e scolare | Compito di gruppo | Energia (1/6).
SeS 4
Processo di trasformazione dell'energia 1.
Tre compiti per voi.
1. Ordinate nella sequenza giusta le parole chiave, così da descrivere un processo di trasformazione
dell'energia. Per inserire le parole chiave utilizzate la griglia riportata qui sotto.
2. Discutete nel gruppo i vantaggi e gli svantaggi di ciascun vettore energetico e dei processi di trasformazione
(da dove proviene il vettore energetico, se il processo di trasformazione energetica richiede già di per sé
molta energia, in che modo viene trasportata l'energia, quali sono gli effetti collaterali ecc.).
3. Riassumete tutto su un cartellone e discutetene con la classe.
Parole chiave: Petrolio | calore | olio per riscaldamento | motore a combustione (auto/aereo) | benzina/cherosene | riscaldamento |
raffineria | movimento
Energia
primaria
Energia
secondaria
1° trasformatore
2° trasformatore
Vantaggi e svantaggi:
Energia utile
Scolari e scolare | Compito di gruppo | Energia (2/6).
SeS 5
Processo di trasformazione dell'energia 2.
Tre compiti per voi.
1. Ordinate nella sequenza giusta le parole chiave, così da descrivere un processo di trasformazione
dell'energia. Per inserire le parole chiave utilizzate la griglia riportata qui sotto.
2. Discutete nel gruppo i vantaggi e gli svantaggi di ciascun vettore energetico e dei processi di trasformazione
(da dove proviene il vettore energetico, se il processo di trasformazione energetica richiede già di per sé
molta energia, in che modo viene trasportata l'energia, quali sono gli effetti collaterali ecc.).
3. Riassumete tutto su un cartellone e discutetene con la classe.
Parole chiave: Energia idrica | apparecchi elettrici (asciugacapelli, boiler, lampada, TV, frullatore ecc.) | centrale idroelettrica
(generatore) | calore, luce, lavoro meccanico | energia elettrica
Energia
primaria
Energia
secondaria
1° trasformatore
Vantaggi e svantaggi:
2° trasformatore
Energia utile
Scolari e scolare | Compito di gruppo | Energia (3/6).
SeS 6
Processo di trasformazione dell'energia 3.
Tre compiti per voi.
1. Ordinate nella sequenza giusta le parole chiave, così da descrivere un processo di trasformazione
dell'energia. Per inserire le parole chiave utilizzate la griglia riportata qui sotto.
2. Discutete nel gruppo i vantaggi e gli svantaggi di ciascun vettore energetico e dei processi di trasformazione
(da dove proviene il vettore energetico, se il processo di trasformazione energetica richiede già di per sé
molta energia, in che modo viene trasportata l'energia, quali sono gli effetti collaterali ecc.).
3. Riassumete tutto su un cartellone e discutetene con la classe.
Parole chiave: centrale eolica (generatore) | calore, luce, lavoro meccanico ecc. | energia elettrica | Energia eolica | apparecchi
elettrici (asciugacapelli, boiler, lampada, TV, frullatore ecc.)
Energia
primaria
Energia
secondaria
1° trasformatore
Vantaggi e svantaggi:
2° trasformatore
Energia utile
Scolari e scolare | Compito di gruppo | Energia (4/6).
SeS 7
Processo di trasformazione dell'energia 4.
Tre compiti per voi.
1. Ordinate nella sequenza giusta le parole chiave, così da descrivere un processo di trasformazione
dell'energia. Per inserire le parole chiave utilizzate la griglia riportata qui sotto.
2. Discutete nel gruppo i vantaggi e gli svantaggi di ciascun vettore energetico e dei processi di trasformazione
(da dove proviene il vettore energetico, se il processo di trasformazione energetica richiede già di per sé
molta energia, in che modo viene trasportata l'energia, quali sono gli effetti collaterali ecc.).
3. Riassumete tutto su un cartellone e discutetene con la classe.
Parole chiave: liquido riscaldato | acqua calda per riscaldamento | Energia geotermica | sonda geotermica | scambiatore di calore
Energia
primaria
Energia
secondaria
1° trasformatore
Vantaggi e svantaggi:
2° trasformatore
Energia utile
Scolari e scolare | Compito di gruppo | Energia (5/6).
SeS 8
Processo di trasformazione dell'energia 5.
Tre compiti per voi.
1. Ordinate nella sequenza giusta le parole chiave, così da descrivere un processo di trasformazione
dell'energia. Per inserire le parole chiave utilizzate la griglia riportata qui sotto.
2. Discutete nel gruppo i vantaggi e gli svantaggi di ciascun vettore energetico e dei processi di trasformazione
(da dove proviene il vettore energetico, se il processo di trasformazione energetica richiede già di per sé
molta energia, in che modo viene trasportata l'energia, quali sono gli effetti collaterali ecc.).
3. Riassumete tutto su un cartellone e discutetene con la classe.
Parole chiave: energia elettrica | centrale elettronucleare (turbina a vapore e generatore) | calore, luce, lavoro meccanico ecc. |
apparecchi elettrici (asciugacapelli, boiler, lampada, TV, frullatore ecc.) | Uranio
Energia
primaria
Energia
secondaria
1° trasformatore
Vantaggi e svantaggi:
2° trasformatore
Energia utile
Scolari e scolare | Compito di gruppo | Energia (6/6).
SeS 9
Processo di trasformazione dell'energia 6.
Tre compiti per voi.
1. Ordinate nella sequenza giusta le parole chiave, così da descrivere un processo di trasformazione
dell'energia. Per inserire le parole chiave utilizzate la griglia riportata qui sotto.
2. Discutete nel gruppo i vantaggi e gli svantaggi di ciascun vettore energetico e dei processi di trasformazione
(da dove proviene il vettore energetico, se il processo di trasformazione energetica richiede già di per sé
molta energia, in che modo viene trasportata l'energia, quali sono gli effetti collaterali ecc.).
3. Riassumete tutto su un cartellone e discutetene con la classe.
Parole chiave: Energia solare | liquido riscaldato | collettori termici | acqua calda per la doccia | energia elettrica |
impianto fotovoltaico | scambiatore di calore | apparecchi elettrici (asciugacapelli, boiler, lampada,
TV, frullatore ecc.) | calore, luce, lavoro meccanico ecc.
Energia
primaria
Energia
secondaria
1° trasformatore
2° trasformatore
Vantaggi e svantaggi:
Energia utile
Gennaio 2015
Scuole FFS in collaborazione con:
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ffs.ch/scuole
