energia - Istituto "San Giovanni Bosco"

ENERGIA
In fisica l'energia è definita come la capacità di un sistema di compiere lavoro, l’energia si misura in joule
(simbolo: J) e corrisponde ad una massa per un’accelerazione (1 joule equivale a 1 newton metro, e in
termini di unità base SI, 1 J è pari a 1 kg × m2 × s-2)
La parola energia deriva dal greco energheia, e significa “azione efficace, capacità di agire”, in effetti questa
potrebbe essere, una definizione più facile da capire: l’energia è la “capacità di far succedere qualcosa”,
luce, calore, movimento sono tutte manifestazioni di energia.
Quando ci dimentichiamo accesa la luce chi paga la bolletta si arrabbia perché abbiamo “consumato”
energia elettrica inutilmente. In realtà l’energia non si può consumare, possiamo solo trasformare ad
esempio energia elettrica in luce e calore, ma alla fine la quantità totale di energia presente sarà rimasta
costante (questo purtroppo non serve come scusa per non pagare la bolletta!!). Il primo principio della
termodinamica dice infatti che in un sistema isolato l’energia è una costante, cioè non può né essere
creata, né essere distrutta, ma solo trasformarsi da una forma all’altra.
Facciamo un esempio: dopo 20 minuti che l’alunno dell’ultima fila chiacchiera con il compagno di banco e
gioca con il telefonino il professore di scienze perde la pazienza e scaglia un vocabolario d’italiano che pesa
tre chili in testa al malcapitato alunno. Il professore (dotato di ottima mira) trasferisce energia dai propri
muscoli al vocabolario che prima era fermo e poi si mette in movimento. Il vocabolario che vola per la classe
possiede energia (energia cinetica) che viene trasferita al cranio del ragazzo che si deforma formando un
bernoccolo (attrito e calore), ma da dove è venuta l’energia che ha mosso i muscoli del professore? La
risposta è che l’energia era contenuta nello zucchero (glucosio) che l’insegnante ha bruciato per azionare i
muscoli, a sua volta lo zucchero, ottenuto magari mangiando una mela, ha ricevuto energia dal sole che ha
permesso la crescita dell’albero da cui il frutto proviene… Come vedete l’energia si è trasferita dal sole
all’albero, dall’albero alla mela, dalla mela ai muscoli, dai muscoli al vocabolario, dal vocabolario alla testa
dell’alunno.
L'energia esiste in varie forme, alcune delle più comuni forme di energia sono elencate di seguito.
Energia cinetica: è l'energia che un corpo possiede come conseguenza del suo movimento. L'energia
cinetica di un corpo può essere espressa matematicamente dal semiprodotto della sua massa per il
quadrato della sua velocità. Detto in altre parole, maggiore è la velocità con cui un corpo si muove più alta
sarà la sua energia cinetica, un proiettile che pesa pochi grammi muovendosi a più di mille metri al secondo
possiede abbastanza energia da uccidere un uomo.
Energia termica: quando una qualsiasi sostanza viene riscaldata, gli atomi di cui è composta si mettono a
“vibrare” e si muovono sempre più velocemente. Maggiore è la quantità di calore assorbita da un oggetto e
maggiore è l’energia posseduta dai suoi atomi. Gli atomi in vibrazione di un oggetto caldo possono
trasmettere la loro energia semplicemente entrando in contatto con un'altra sostanza, per averne conferma
basta appoggiare una mano su di una piastra rovente (non ci credete? provate!).
Energia elettrica: è l’energia associata al movimento di cariche elettriche (elettroni). L’energia elettrica è un
mezzo molto comodo per trasferire energia da un punto ad un altro, non a caso tutti gli elettrodomestici e gli
impianti di illuminazione delle nostre case funzionano grazie all’energia elettrica che piene prodotta e
distribuita da aziende (come ad esempio ENEL).
Radiazione elettromagnetica: la radiazione elettromagnetica è, dal punto di vista dell'elettromagnetismo
classico, un “fenomeno ondulatorio dovuto alla contemporanea propagazione di perturbazioni periodiche di
un campo elettrico e di un campo magnetico, oscillanti in piani tra di loro ortogonali”… se detta così la cosa
vi sembra un po’ troppo complicata pensate alle onde che si propagano sulla superficie del mare; beh, le
onde elettromagnetiche si propagano anche nello spazio vuoto, viaggiano alla velocità della luce e ce ne
sono di diversi tipi. La luce che arriva dal sole e che permette ai nostri occhi di vedere, i raggi infrarossi, i
raggi ultravioletti le onde radio che fanno funzionare televisioni, telefonini e appunto la radio, sono tutti
esempi di radiazioni elettromagnetiche.
Energia chimica: è l'energia che varia a causa della formazione o rottura di legami chimici di qualsiasi tipo.
Alcune sostanze contengono “energia chimica” che, in determinate circostanze può trasformarsi in altre
forme come luce o calore. Se gettate un fiammifero acceso in un secchio d’acqua o in un secchio di benzina
l’effetto che si ottiene è decisamente diverso (evitate di fare questo esperimento in salotto!). Evidentemente
nella benzina è in qualche modo contenuta energia, così come contengono energia i cibi che mangiamo.
Energia nucleare: Con energia nucleare si intendono tutti quei fenomeni in cui si ha la produzione di
energia in seguito a trasformazioni nei nuclei atomici. L'energia nucleare insieme a quella solare è una fonte
di energia primaria.
Volendo precisare, possiamo distinguere l'energia atomica in reazioni di fissione nucleare e reazioni di
fusione nucleare.
Nelle reazioni di fissione, nuclei di atomi con alto numero atomico(pesanti) come, ad esempio, l'uranio si
spezzano producendo nuclei con numero atomico minore e liberando una parte di energia. Esempio naturale
di ciò è la radioattività. Tale processo è usato per produrre energia nelle centrali nucleari. Le prime bombe
atomiche, del tipo di quelle sganciate su Hiroshima e Nagasaki, erano basate sul principio della fissione.
Nelle reazioni di fusione, atomi molto piccoli come l'idrogeno, si fondono dando origine a nuclei più pesanti
(elio) e rilasciando una notevole quantità di energia. In natura le reazioni di fusione nucleare avvengono
spontaneamente all’interno delle stelle. Finora, malgrado decenni di sforzi da parte dei ricercatori di tutto il
mondo, non è ancora stato possibile realizzare, in modo stabile, reazioni di fusione controllata sul nostro
pianeta.
L’enorme quantità di energia che si libera in queste reazioni è dovuta al fatto che parte della massa degli
atomi si trasforma direttamente in energia secondo la famosissima formula E=mc2 dove “E” è l’energia
prodotta, “m” la massa e “c” la velocità della luce.
Questo ci porta alla considerazione che la maggior parte dell’energia contenuta nell’universo è racchiusa sotto forma di massa negli
atomi di idrogeno, mano a mano che le stelle consumeranno idrogeno l’energia si trasformerà tutta in luce e calore. Tra molti miliardi di
anni l’intero universo si sarà riscaldato forse di pochi gradi e tutte le stelle si saranno spente, il suo contenuto di energia sarà però
rimasto immutato. Quello che succederà dopo è ancora un mistero per la scienza…
L’ENERGIA PER L’UOMO
La nostra civiltà tecnologica richiede enormi quantità di energia, per l’industria, i trasporti, le
telecomunicazioni ecc. ecc. Mentre gli altri esseri viventi ricavano dal cibo tutta l’energia di cui hanno
bisogno noi uomini dobbiamo pagare la bolletta della luce, quella del gas, dobbiamo fare benzina e
comprare altre innumerevoli cose che servono a mantenere il nostro tenore di vita (a pensarci bene forse la
cosa è una fregatura!) Comunque sia ricaviamo l’energia che ci serve in diversi modi, ecco un elenco dei più
comuni:
Tipo di energia:
Sfruttata per:
Fonte primaria:
Sostenibile:
Energia da idrocarburi
(carbone, petrolio,
metano)
Produzione di energia elettrica,
trasporti, riscaldamento
Sole
No
Energia idroelettrica
Produzione di energia elettrica
Sole
Si
Energia eolica
Produzione di energia elettrica
Sole
Si
Solare termico
Riscaldamento, produzione di
acqua calda
Sole
Si
Solare fotovoltaico
Produzione di energia elettrica
Sole
Si
Biogas, biomassa
Produzione di energia elettrica,
riscaldamento, trasporti
Sole
Si
Nucleare da fissione
Produzione di energia elettrica,
costruzione di bombe atomiche
Energia nucleare
No a lungo
termine
Geotermica
Produzione di energia elettrica,
riscaldamento
Maree
Produzione di energia elettrica
(impianti sperimentali)
Si (ma
limitata ad
alcuni luoghi)
Si
Onde
Produzione di energia elettrica
Calore dell’interno
terrestre (energia
nucleare)
Forza di gravità
(attrazione
gravitazionale del
sole e della luna)
Sole
Celle a combustibile
Produzione di energia elettrica
Energia chimica
(Sole)
Si (con
riserva)
Si