Energia definizione e utilizzi

 

 


Energia definizione e utilizzi

 

I testi seguenti sono di proprietà dei rispettivi autori che ringraziamo per l'opportunità che ci danno di far conoscere gratuitamente a studenti , docenti e agli utenti del web i loro testi per sole finalità illustrative didattiche e scientifiche.

 

ENERGIA

 

Definizione

L'energia è definita come la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro.
Un corpo compie un lavoro quando cambia il suo stato:

caldo ↔ freddo
fermo ↔ in movimento
solido ↔ liquido

 

Il lavoro in fisica è definito come una Forza per uno spostamento L = F . s (spostamento)

Le forze sono le cause del moto dei corpi, possono pertanto mettere in moto un corpo che si trovava precedentemente in stato di quiete, modificare il movimento di un corpo già precedentemente in moto, o riportare il corpo in stato di quiete.
La forza di 1 N (newton) imprime ad un corpo con la massa di 1 kg l'accelerazione di 1 m/s2.

 

Misurazione

1 J (joule) = N (newton) . m (metro) - L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale per l'energia e il lavoro è il joule (J). Un joule esprime l'energia usata (o il lavoro effettuato) per esercitare una forza di un newton per una distanza di un metro.

1 cal (caloria) = 4,186 J - La caloria (o piccola caloria, simbolo cal) viene definita come la quantità di calore necessaria ad elevare da 14,5 a 15,5 °C la temperatura della massa di un grammo di acqua distillata a livello del mare (pressione di 1 atm).

Wh  (wattora) = 3.600 J - Energia fornita dalla potenza di 1 watt per un periodo di 1 ora. Un wattora corrisponde a 3.600 J.

 

Forme di energia

 

L’energia si può presentare sotto varie forme. Secondo il principio di conservazione dell’energia l’energia non si crea ne si distrugge ma passa da una forma all’altra.

Energia meccanica (potenziale + cinetica)

Potenziale: energia posseduta da un corpo in quiete ma in posizione tale da poter effettuare una trasformazione senza l’intervento di forze esterne (l’acqua di un bacino idrico in montagna pronta a scendere)

Cinetica: energia che si manifesta con il movimento di un corpo (energia del vento che soffia o dell’acqua che cade)

Energia chimica: si manifesta con reazioni chimiche che possono avere effetti meccanici (esplosioni), termici (riscaldamento), elettromagnetici.

Energia nucleare: è dovuta ai legami delle particelle dei nuclei atomici di alcuni elementi fisici. Si manifesta con due processi fisici quali la fissione e la fusione nucleare.

Energia elettrica: la possiamo individuare nelle forze di attrazione esistenti tra le particelle componenti l’atomo.

Energia raggiante (luminosa): sulla terra proviene dalle radiazioni solari.

Energia termica: si manifesta mediante calore che passa da un corpo all’altro.

 

Trasformare l’energia

 

Alla tecnica interessa l’utilizzo pratico dell’energia. Avendo energia di partenza e un trasformatore di energia posso ottenere energia utile per scopi particolari.

In ogni trasformazione di energia una parte di questa viene dispersa sottoforma di calore.

 

Il rendimento

 

A questo punto è importante introdurre il concetto di RENDIMENTO.
Il rendimento indica quanta parte di energia immessa in un processo di trasformazione è andata a buon fine e quanta invece è andata persa (meglio dispersa sottoforma di calore).
Il rendimento di una trasformazione energetica si misura dividendo l’energia utile (la differenza tra l’energia immessa nel processo e quella sprecata) per l’energia immessa (quella di partenza).
Se il rendimento di una trasformazione energetica è pari  a 0,60 (al 60%) significa che di 100 unità di energia immesse in un processo,  60 sono state trasformate in forme di energia utilizzabili, mentre le altre 40 sono andate disperse in forme di energia non utilizzabili.
(Per il rendimento indicativo di alcuni trasformatori si veda la tabella 1.)

 


Tabella 1: Rendimento di alcuni trasformatori di energia
I valori riportati provengono da fonti diverse e sono solo indicativi.

 

Macchina

Energia Fornita
(in entrata)

Energia Utile
(in uscita)

Intervallo del rendimento (%)

Rendimento
Indicativo (%)

Motore ciclo Otto
(a benzina)

CHIMICA

MECCANICA

10-30

25

Motore ciclo Diesel
(a gasolio)

CHIMICA

MECCANICA

15-40

35

Motore elettrico

ELETTRICA

MECCANICA

20-98

85

Alternatore

MECCANICA

ELETTRICA

95-99

98

Lampada ad incandescenza

ELETTRICA

LUMINOSA

 

5

Lampada a fluorescenza

ELETTRICA

LUMINOSA

 

25

Resistenza

ELETTRICA

CALORE

 

 

Attrito

MECCANICA

CALORE

 

 

Pila

CHIMICA

ELETTRICA

 

 

Cella fotovoltaica

LUMINOSA

ELETTRICA

6-15
(40 nello spazio)

13

Caminetto

CHIMICA

CALORE

10-30

 

Dinamo

MECCANICA

ELETTRICA

 

 

Motore turbina a gas

CHIMICA

MECCANICA

 

37

Trasformatore elettrico

ELETTRICA

ELETTRICA

98-99

98

Ruota idraulica
(per di sotto)

MECCANICA

MECCANICA

 

20

Ruota idraulica
(per di sopra)

MECCANICA

MECCANICA

 

60

Turbina idraulica

MECCANICA

MECCANICA

 

85

Macchina a vapore
(Newcommen)

CHIMICA

MECCANICA

 

2

Macchina a vapore
(Watt)

CHIMICA

MECCANICA

 

6

Macchina a vapore
Ad alta pressione

CHIMICA

MECCANICA

 

30

Cella a combustibile

CHIMICA

ELETTRICA

40-65

60

 

Fonte: http://www.pizzighettonescuola.it/mat_did/energia_01.doc

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

 

 


 

Energia definizione e utilizzi

 

L’ energia

 

Le fonti di energia

 

Moltissimo tempo fa, gli uomini usavano solo la loro forza, e la forza degli animali, per fare tutti i lavori; poi  hanno cominciato a costruire le macchine. Alcune macchine sono molto semplici, altre sono più complesse. Tutte le macchine, però, sono utilissime: grazie alle macchine possiamo lavorare meglio, più velocemente e con poca fatica.

 

Le macchine, per funzionare, hanno bisogno di energia. Oggi è necessaria una quantità di energia sempre maggiore per far funzionare le fabbriche, i mezzi di trasporto e gli elettrodomestici, e anche per riscaldare le case e gli altri edifici.
Ci sono varie fonti di energia: la forza muscolare degli uomini e degli animali, la forza dell’acqua in movimento, la forza del vento ecc.

Gli uomini possono procurarsi l’energia in due modi:

  • possono usare l’energia del sole, dell’acqua, del vento;
  • possono trasformare in energia il carbone, il petrolio, il metano e l’uranio.

Il sole, l’acqua e il vento sono fonti di energia rinnovabili: sono illimitate nel tempo, cioè non finiscono mai. Sfruttare le fonti di energia rinnovabili, però, è molto difficile e molto costoso.
Il carbone, il petrolio, il metano e l’uranio sono fonti di energia esauribili: sono limitate nel tempo, cioè prima o poi si esauriranno. Sfruttare le fonti di energia esauribili è più facile e meno costoso.

Fonti di energia = tutte le risorse naturali che servono per produrre energia
Procurarsi = ottenere = avere
Sfruttare = usare
Esaurirsi = finire

 

I combustibili

1. I combustibili

Alcuni materiali, quando bruciano, producono calore, cioè energia termica. Questi materiali si chiamano combustibili. La legna, il carbone, il petrolio e  il metano sono combustibili.
Combustibili diversi hanno un potere calorifico diverso, cioè producono quantità di calore diverse. I combustibili che hanno il maggior potere calorifico sono il petrolio e il metano.

La legna da ardere è il legno degli alberi (“ardere” significa “bruciare”). La legna ha un potere calorifico molto basso, ma ancora oggi, soprattutto nei Paesi più poveri del mondo, è il principale combustibile di uso domestico.

Il carbone, il petrolio e il metano sono combustibili fossili. I combustibili fossili si usano nelle centrali termoelettriche per produrre energia termica che poi viene trasformata in energia elettrica.

 

2. I carboni fossili

Milioni di anni fa, su gran parte della Terra c’erano immense foreste; a causa di violentissimi terremoti, queste foreste sono state coperte dai detriti e dall’acqua. Lentamente, il legno degli alberi si è trasformato in carbone.

Ci sono vari tipi di carboni fossili: quelli più antichi (le antraciti e le litantraci) hanno un potere calorifico molto alto, quelli meno antichi (le ligniti e le torbe) hanno un potere calorifico basso.

Il carbone non viene usato solo nelle centrali termoelettriche, ma anche nelle industrie chimiche: il  carbone contiene alcune sostanze (idrogeno, ammoniaca, metanolo) che servono per produrre carburanti, prodotti medicinali, materie plastiche ecc.

Di uso domestico = che serve per la casa (il combustibile di uso domestico serve per cucinare e per riscaldare la casa)
Immenso = grandissimo = molto esteso
Detriti = pezzi di roccia  portati via dalla pioggia, dai ghiacciai o dall’acqua dei fiumi
Carburante = combustibile che serve per far funzionare i motori delle macchine

 

3. Il petrolio

Il petrolio  si è formato così:

  • migliaia di secoli fa, nei mari della Terra vivevano moltissimi minuscoli animali che, quando morivano, finivano sui fondali;
  • i resti degli animali morti, insiemeai detriti portati dai fiumi e ad altre sostanze, formarono dei sedimenti;
  • in questi sedimenti, a volte, gli organismi morti si sono trasformati in idrocarburi. Il petrolio è formato proprio da diversi idrocarburi.

 

Gli idrocarburi si trovavano dentro le rocce, sotto il mare. Poi, a causa di violenti terremoti, alcuni fondali marini sono diventati terre emerse e viceversa.
Oggi, i giacimenti di petrolio si possono trovare sia sulla terraferma che sotto i fondali marini; di solito, si trovano a grandi profondità.

Gli uomini estraggono il petrolio dai giacimenti e lo portano nelle raffinerie. Qui lo trasformano in vari prodotti (i derivati del petrolio):

  • la benzina, il gasolio e il cherosene servono per i mezzi di trasporto;
  • i bitumi servono per fare l’asfalto delle strade;
  • altri derivati del petrolio servono per fare coloranti, materie plastiche, prodotti farmaceutici ecc.

 

Fondale = fondo del  mare
Idrocarburi = sostanze formate da carbonio e idrogeno
Viceversa = al contrario = all’opposto
Giacimento = luogo dove si trovano minerali utili (ferro, oro, carbone, petrolio ecc.)
Estrarre = prendere

 

4. Il metano

Il metano (o gas naturale) si è formato in modo simile al petrolio, perciò si trova spesso nelle zone ricche di petrolio. Il metano ha un potere calorifico molto alto, e non inquina l’ambiente.
Il metano viene usato nelle case (per le cucine a gas e per il riscaldamento), ma anche nelle centrali termoelettriche, nell’industria chimica ecc.

 

L’energia nucleare

Nelle centrali nucleari si usa un metallo particolare, l’uranio,  per produrre energia nucleare. Queste centrali devono essere molto sicure: quando ci sono guasti o incidenti, alcune sostanze pericolosissime  per l’uomo e gli altri esseri viventi possono uscire dalle centrali, disperdersi nell’aria e arrivare anche molto lontano dal luogo dell’incidente.

 

 

Le fonti di energia rinnovabili

Ci sono molte fonti di energia rinnovabili.

  • L’energia idraulica è l’energia dell’acqua in movimento. Nelle centrali idroelettriche, si usa l’energia dell’acqua per produrre energia elettrica.
  • L’energia solare è l’energia del sole. I pannelli solari catturano l’energia del sole, che serve soprattutto per riscaldare le case
  • L’energia eolica è l’energia del vento. Anche l’energia eolica può essere trasformata in energia elettrica.

 

Fonte: http://www.centrocome.it/come_files/userfiles/File/energiainquinamento.doc                         

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

 

Le risorse energetiche


INDICE

1 Le forme di energia
1.1 meccanica
1.2 chimica
1.3 elettrica
1.4 termica
1.4.1 convezione
1.4.2 irraggiamento
1.4.3 conduzione
1.5 luminosa
1.6 nucleare
1.6.1 fissione nucleare
1.6.2 fusione nucleare
2 Le fonti energia
2.1 fonti esauribili
2.1.1 petrolio
2.1.2 metano
2.1.3 carbone
2.1.4 legno
2.1.5 uranio
2.2 fonti rinnovabili
2.2.1 energia solare
2.2.2 energia eolica
2.2.3 energia idraulica
2.2.4 energia geotermica


CAPITOLO 1
Le forme di energia

 

energia e fonti energetiche                              energia e fonti energetiche


L'energia è la capacità di un corpo di compiere un lavoro; ogni cosa che si trasforma contiene una forma di energia.


L'energia è presente in forme diverse e può essere trasformata da una forma all'altra. Si usano abitualmente diversi nomi per indicare la forma in cui l'energia si presenta: energia meccanica, chimica, elettrica, luminosa, termica, atomica.
energia e fonti energetiche


Paragrafo 1: L’energia meccanica

L’energia meccanica è quella che si manifesta muovendo e deformando corpi solidi, liquidi e gas.
L’automobile, la bicicletta, l’acqua di una diga, lo sciatore utilizzano questa forma di energia.

energia e fonti energetiche


Paragrafo 2: L’energia chimica

L’energia chimica è la capacità di alcune sostanze di combinarsi con altre sviluppando energia sotto forma di luce, calore, elettricità.
Per esempio, la combustione è una reazione tra una sostanza, detta combustibile, e l’ossigeno dell’aria. Durante la combustione viene emessa energia sotto forma di calore e luce.

energia e fonti energetiche


Paragrafo 3: L’energia elettrica

L’energia elettrica è dovuta al movimento ordinato di cariche elettriche. Alcuni materiali, detti conduttori, hanno un elevato numero di elettroni che possono muoversi liberamente all’interno del conduttore.

energia e fonti energetiche


Paragrafo 4: Energia termica

L’energia termica si sviluppa quando c’è una variazione di temperatura nei corpi o nell’ambiente.
Quando si riscalda un corpo gli si fornisce energia termica, quando lo si raffredda gli si sottrae energia termica.
Lo scambio di calore può avvenire per
Conduzione, quando il calore si trasmette attraverso i materiali.
Convezione , quando nei liquidi o nei gas si ha uno spostamento di masse della sostanza dovuto alle diverse temperature, come avviene in una pentola piena d’acqua posta sul fuoco
Irraggiamento , quando l’energia passa da un corpo all’altro anche quando sono lontani.
Fai clic sulla videocamera per vedere il filmatoenergia e fonti energetiche


Paragrafo 5: L’energia luminosa

L’energia luminosa, chiamata comunemente luce, si propaga per irraggiamento, ci permette di vedere, e permette alle piante di vivere e crescere.

energia e fonti energetiche


Paragrafo 6: L’energia nucleare

L’energia nucleare si crea da reazioni che avvengono nel nucleo dell’atomo. Queste reazioni permettono di ottenere grandi quantità di energia ma purtroppo anche residui particolarmente nocivi.
Le reazioni nucleari sono di due tipi:

 

 

energia e fonti energeticheFissione nucleare

quando si divide in due parti il nucleo atomico di un elemento pesante come l’uranio.

 

 

 

 

 

 

 

energia e fonti energeticheFusione nucleare

quando si riesce ad unire due atomi leggeri per formarne uno più pesante. E’ il tipo di reazione che si sviluppa naturalmente nel Sole e nelle stelle.


CAPITOLO 2
Le fonti di energia

L’energia si ottiene da risorse disponibili in natura. Quasi tutta l’energia disponibile sulla Terra proviene dal Sole, direttamente o indirettamente. Non proviene dal Sole l’energia geotermica dovuta al calore interno della Terra  e l’energia nucleare.
Le fonti di energia si possono classificare in fonti esauribili e fonti rinnovabili.

 

energia e fonti energetiche


Paragrafo 1: Fonti esauribili

Sono fonti esauribili quelle legate a materie prime che pur presenti in quantità considerevoli si rinnovano molto lentamente e possono essere esaurite dall’uomo.

 

Petrolio

energia e fonti energeticheIl petrolio è un combustibile liquido costituto da varie sostanze, dette idrocarburi. Si è formato dalla trasformazione di residui di piante e animali che si depositarono sul fondo del mare. Con il passare dei millenni questi residui sono stati coperti da sedimenti di fango e si sono trasformati in petrolio.

 

 

 

 

 

 

 


energia e fonti energeticheMetano

Il metano è un gas formato da un atomo di carbonio e quattro di idrogeno, si trova insieme al petrolio in grandi giacimenti.

 

 

 

 

 

energia e fonti energeticheCarbone

Il carbone si è formato in seguito a movimento della crosta terrestre quando vaste foreste sono state sommerse e sepolte sotto uno strato di roccia.

 

 

 

 

 


Legno

energia e fonti energeticheIl legno da ardere è usato quasi esclusivamente in ambito domestico per stufe, caminetti e forni. E’ una fonte rinnovabile in tempi relativamente brevi ma poiché viene utilizzata a livello industriale per ottenere carta e legno deve essere tenuta sotto controllo.


Uranio

L’uranio utilizzato nelle centrali nucleari è l’Uranio 235, presente solo in piccola parte nell’Uranio naturale, che di per sé è piuttosto raro.


Paragrafo 2: fonti rinnovabili

Sono fonti rinnovabili quelle che la natura fornisce liberamente e senza limiti.

Fonti rinnovabili sono quelle che forniscono:

energia e fonti energeticheenergia solare

deriva dall’azione dei raggi solari sulla Terra, è utilizzata principalmente per mezzo di pannelli solari.

 

 

 

 

 

 

 

 

energia eolica

deriva dall’energia meccanica dell’aria in movimento.
energia e fonti energetiche


energia idraulica
proviene dal movimento dell’acqua dei fiumi e dalle maree.
energia e fonti energetiche 
Fai clic sulla videocamere per vedere il filmato energia e fonti energetiche

energia geotermica

Proviene dal sottosuolo, dagli strati più profondi della Terra dove si trovano rocce  molto calde.
energia e fonti energetiche

 

Fonte: http://www.religioweb.it/tic/cd/materiali/risorse_energetiche/Le%20risorse%20energetiche.doc

 

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

 

 

 

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