L’ENERGIA
by Luca Guella
Artwork: LUCA GUELLA
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L’ELETTRICITA’
Per elettricità si fa riferimento a tutti quei fenomeni fisici nei quali intervengono cariche elettriche sia ferme e in movimento infatti l’energia elettrica viene definita energia secondaria ottenuta cioè da altre forme di energia.
Quindi la corrente elettrica è il movimento delle cariche elettriche elementari, in particolari i protagonisti sono gli elettroni liberi, mentre gli altri stanno fermi,infatti mentre circola la corrente il materiale non si consuma.
FORZA ELETTROMAGNETICA=
ATTRAZIONE E REPULSIONE
Tutte le cose sono costituite de atomi che sono particelle in continuo movimento.
Caratteristiche degli atomi:
Secondo dei modelli gli atomi sono costituiti da un nucleo centrale con carica positiva mentre le particelle di elettroni che ruotano attorno al nucleo sono di carica negativa.
Il principio fondamentale sta che i due corpi con forze opposte si attraggono, e quelle con forze uguali si respingono. In condizioni normali la carica totale è nulla. Le manifestazioni della forza elettromagnetica sono le attrazioni e le repulsioni.
Vantaggi:
E’ facilmente trasportabile e distribuibile e può essere anche ritrasformata( esempio in energia meccanica)
Non produce polveri nel luogo di consumo
Comoda da usare.
Svantaggi:
E’ difficile da immagazzinare(solo una parte diventa energia elettrica).
La sua produzione che deriva da carbone e petrolio è inquinante.
il nucleare pone il problema delle scorie radioattive e la sicurezza.
CONDUTTORI E ISOLANTI:
Conduttori:Sono i materiali che fanno trapassare l’energia(rame,alluminio ecc..)le soluzioni elettroniche
(acqua e sale) e i gas ionizzati(come all’interno dei tubi al neon).
Isolanti: Sono i materiali che non fanno passare l’energia, tipo: vetro,gomma,ceramica,legno secco,la plastica ecc…
GENERATORI DI CORRENTE:
Sono dispositivi capaci di mantenere costante la tensione tra i due corpi, questa tensione si misura in volt (V).
Tra questi ci sono:
PILA: La pila è un generatore di corrente continua, l’energia chimica si trasforma in energia elettrica lo fa solo per un periodo poi si scarica, per tanto non può essere ricaricata, quelle ricaricabili sono in realtà ACCUMULATORI.
ACCUMULATORE: E’ un apparecchio elettrico che all’inizio assorbe energia elettrica e la accumula sotto forma di energia chimica poi eroga energia elettrica a un utilizzatore sotto forma di corrente continua, questo si può ripetere molte volte perché gli elettrodi non si esauriscono.
L’accumulatore al piombo è il più diffuso e viene installato su auto moto ecc..
MAGNETE: Il magnete è un corpo di ferro a forma di barretta, ferro di cavallo o cilindro che è stato magnetizzato e genera attorno un campo magnetico, la forza magnetica spinge gli elettroni in una certa direzione.
ALTERNATORE: E’ una macchina rotante che quando gira genera corrente alternativa per esempio: la dinamo da bicicletta in realtà è un piccolo alternatore, infatti dentro il guscio c’è un magnete cilindrico che gira tra piastre di ferro con una bobina di rame.
La corrente convenzionale stabilisce che gli elettroni di carica negativa si spostino verso la carica positiva.
Inserendo un generatore nel circuito elettrico, crea un continuo scompenso di corrente perché trasferisce gli elettroni dal polo positivo a quello negativo e quindi nasce così un continuo flusso di corrente elettrica.
Questo continuo lavoro fatto dal generatore è chiamato tensione.(volt)
Più c’è la tensione più c’è corrente che scorre nel circuito.
L’intensità della corrente, invece è un enorme quantità di passaggio di elettroni al secondo, in un circuito e si misura in ampere (A)
La resistenza di un conduttore è la capacità di opporsi al passaggio della corrente e si misura in (Ohm): maggiore è la resistenza, minore sarà la corrente che riesce a passare nel filo. Questa dipende da vari fattori che possono essere il materiale, lunghezza e sezione.
L’energia si libera sotto l’azione di un generatore e la sua forma dipende da ciò che noi colleghiamo.
Se collegata ad un motore elettrico abbiamo energia meccanica, se collegata ad un forno si ottiene energia termica.
L’energia liberata nell’unità di tempo è il watt.
Il watt serve per indicare la potenza nei piccoli apparecchi(lampadina).
Il kilowatt (KW) si usa per i grossi apparecchi, per esempio il fon. 1 KW = 1000 watt.
Il wattora (wh) serve per indicare il consumo dei piccoli apparecchi.
Il kilowattora per quelli grandi.
Più alta è la resistenza e minore è la corrente che riesce a passare nel filo.
La resistenza dipende da vari fattori,
dal materiale utilizzato per il filo(rame alluminio e argento oppongono poca resistenza invece il tungsteno usato nelle lampadine ha una grande resistenza.
Dalla lunghezza: più il filo è lungo e più ostacoli incontrano gli elettroni e quindi la resistenza è maggiore.
Dalla sezione: se è grande, gli elettroni liberi si spostano più facilmente e quindi la resistenza è minore.
LEGGE DI OHM
La corrente che scorre nel circuito elettrico viene definita da tre grandezze principali che sono unita di misura:
- Ampere (A)
- Volt (V)
- Ohm
La legge di Ohm stabilisce le seguenti relazioni.
L’intensità della corrente elettrica(A) che scorre in un conduttore aumenta ilo crescere della tensione(V) e diminuisce al crescere della resistenza(Ohm).
Intensità = tensione : resistenza
GLI ESPERIMENTI DI PEPE:
1: Il primo esperimento l’ha fatto con un palloncino e una scatola di biscotti in metallo.
ha strofinato il palloncino sulla maglietta di un alunno per creare elettricità statica, una volta strofinato l’ha avvicinato al contenitore dei biscotti che può rotolare essendo di forma cilindrica, l’energia statica fa avvicinare il contenitore al palloncino come due magneti.
ENERGIA:FORME E FONTI:
L’energia è la capacità di un corpo o di un sistema di compiere un lavoro.
Ad esempio una macchina si muove grazie all’energia del carburante. Le pale di un mulino si muovono grazie all’energia dell’acqua. in fisica si dice che il lavoro è legato allo spostamento di un corpo e alla forza necessaria a provocarlo.
Esistono varie forme di energia:
energia termica: il calore deriva dalla combustione o per attrito tra due corpi.
Energia chimica: è immagazzinata all’interno di certe sostanza ad esempio i carburanti attraverso una reazione chimica (combustione) produce sotto forma di luce energia radiante e sotto forma di calore energia termica.
Energia nucleare: modifica le strutture della materia che viene prodotta attraverso particolari atomi come l’uranio e l’idrogeno.
Energia elettrica: in natura si scatena nei fulmini che però non riusciamo a sfruttare. La produciamo invece tramite generatori (già vista)
Energia radiante: si manifesta attraverso radiazioni solari con luce e calore e si propaga nell’aria attraverso le onde elettromagnetiche e può essere sfruttata per produrre energia termica per esempio riscaldamento domestico tramite pannelli termici; o energia elettrica tramite pannelli foto voltaici.
Energia meccanica: potenziale o di protezione che possiedono due corpi quando si trovano ad’una certa altezza da terra o energia cinetica che possiedono i corpi in movimento. (es: sketeboard)
PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA:
L’energia non si crea e non si distrugge ma si trasforma da una forma all’altra; durante questa trasformazione parte dell’energia viene persa sotto forma di calore e quindi non più utilizzabile.
FONTI RINNOVABILI DI ENERGIA:
Sono risorse naturali che si rigenerano almeno alla velocità con cui vengono consumate. Possono essere utilizzate anche da generazioni future.
Esso sono illimitate nel tempo ma hanno un flusso incostante quindi sono trasformabili in energia elettrica con bassi rendimenti e con costi più alti. Contribuiscono infatti soltanto con piccole percentuali al fabbisogno energetico.
–energia solare: quasi tutta l’energia disponibile sulla terra proviene dal sole (eccetto l’energia nucleare e geotermica).E non finisce mai. I raggi del sole colpiscono delle celle fotovoltaiche creando energia elettrica e colpiscono i pannelli solari creando acqua calda per il riscaldamento.
–energia eolica: attraverso masse di aria calda e fredda che originano vento il quale fa ruotare delle pale eoliche che a sua volta producono elettricità.
–energia dell’acqua: possiede un’energia particolare chiamata energia del movimento. Per sfruttarla occorre realizzare una diga verso valle l’acqua che precipita colpisce le pale di una turbina la quale mette in funzione un apparecchio chiamato alternatore che a sua volta produce elettricità (centrale idroelettrica).
Energia delle biomasse (materiale organico): Viene ricavata da piante e animali. Le piante fanno uso di un processo naturale chiamato fotosintesi clorofilliana che permette loro di convertire l’energia. Queste sostanze (piante alghe marine, rifiuti organici vegetali, legno,rami,scarti di lavorazione dell’industria agro alimentare e del legno, scarti dell’allevamento del bestiame e residui delle attività agricole e forestali), vengono bruciate all’interno di una camera di combustione. Il calore sarà poi utilizzato per la produzione di energia elettrica o come fonte di riscaldamento.
Energia geotermica: Questa energia non deriva dal sole ma dalla Terra. Grazie a degli impianti viene fatta scendere acqua fredda per molti metri sotto terra tramite dei tubi, l’acqua assorbe calore e si trasforma in vapore che risale ad alta pressione in superficie dove muove una turbina che trasforma il movimento in elettricità.
FONTI NON RINNOVABILI DI ENERGIA:
Queste fonti vengono consumate a velocità maggiore di quella necessaria alla loro rigenerazione. Si chiamano anche combustibili fossili.
-PETROLIO
Naturale o greggio, liquido oleoso può galleggiare.
E’ una miscela di idro carburi componenti chimici formati da idrogeno, carbonio, ossigeno, azoto e zolfo.
Il petrolio è la più importante risorsa energetica mondiale è la materia prima di base per l’industria petrolchimica (benzina, kerosene, gasolio, oli pesanti). Ne derivano prodotti come le materie plastiche, fibre sintetiche e concimi chimici.
E’ il prodotto della trasformazione di organismi vegetali e animali che nel corso della storia della terra hanno subito complessi processi fisici e chimici e si sono quindi create rocce sedimentarie. Infatti il petrolio si trova negli strati profondi della crosta terrestre ma a volte esce dalle rocce. Inquina gravemente aria e mare.
ESTRAZIONE DEL PETROLIO:
Viene localizzato attraverso le fotografie che mostrano la conformazione del territorio: attraverso sondaggi (prelevando campioni o col metodo delle onde sismiche (creando terremoti artificiali nel sottosuolo .
L’estrazione avviene attraverso uno strumento chiamato derrik cioè torre di perforazione, alla sua base si trova uno scalpello che perfora il terreno. Dopo aver tirato fuori il petrolio viene incanalato in tubazioni chiamate oleodotti che lo trasporteranno fino alle raffinerie, nelle quali verrà poi lavorato.
–CARBONE:
Ha avuto origine centinaia di milioni di anni fa dallo sprofondamento di antiche foreste cosi gli alberi anche grazie a particolari batteri si sono trasformati in carbone.
Foreste- tempo- pressione- calore- carbone.
Classificazione dei carboni:
Torbe, cresce in zone paludose, processo non completato.
Ligniti, carboni fossili giovani, era terziaria.
Litantraci: carbone duro, estratti da giacimenti antichissimi, usati come combustibili.
Antraciti: I più ricchi di carbonio e poter calorico, usato come combustibile sia nell’industria sia nel riscaldamento domestico.
Le miniere:
A cielo aperto: comportano un grave danno per l’ambiente in quanto il carbone estratto con grandi macchine scavatrici forma della polvere che ricopre il terreno per km facendo morire animali e piante.
Miniere:
Per arrivarci vengono scavati profondi pozzi e lunghe gallerie per raggiungere la zona ricca di carbone. Queste sono molto pericolose per la sicurezza dei minatori.
Il carbone viene utilizzato per alimentare le centrali termoelettriche.
IL METANO:
E’ un’ottima risorsa energetica, gas naturale inodore incolore ed il più pulito (assenza residui di combustione, mancanza tossicità ed impurità).
Gas liquidi (butano, propano, pantano) messi in bombole e utilizzati come carburanti (GPL).
Si trova nel sottosuolo, formato da lenta decomposizione di sostanze organiche durante milioni di anni.
Viene utilizzato per produrre energia elettrica nelle centrali termoelettriche e nelle centrali a turbogas, e per produrre energia termica nell’industria per uso domestico civile chimica e autostrazione. In Italia copre il 31% del fabbisogno energetico totale.
IL CICLO DELL’ACQUA:
E’ determinato dall’evaporazione dell’acqua terrestre e dalla formazione di nubi e precipitazioni piovose la quale mette a disposizione dell’uomo la fonte energetica più antica e rinnovabile.
CENTRALE IDROELETTRICA:
trasforma l’energia idraulica in energia elettrica. Viene spesso realizzata con uno sbarramento (diga o traversa) che serve per accumulare l’acqua, rendendo disponibile l’energia potenziale.
Ci sono anche centrali che sfruttano l’acqua fluente presa dal normale corso del fiume.
L’acqua viene trasportata attraverso canali di derivazioni tubazioni collegate ad un pozzo peziometrico poi viene incanalata in condotte forzate che sfruttando un ampio dislivello la portano alla sala macchine. Delle turbine con all’interno un’organo fisso che ha il compito di spingere l’acqua attraverso un’organo mobile (girandola) genera energia meccanica, qui l’alternatore trasforma l’energia meccanica in energia elettrica prima però passa attraverso un trasformatore che abbassa l’intensità della corrente elevandone la tensione prima di essere convogliata nelle linee di trasmissione.
Le variabili che determinano la capacità di generare energia da parte della turbina sono: il salto utile e la portata
La centrale idroelettrica:
-rende disponibile una risorsa
-permette di valorizzare il territorio
-contribuisce a diminuire l’inquinamento ambientale.
Essa è comandata e controllata da un sistema con apparecchiature elettroniche e meccaniche inoltre può essere anche comandata a distanza grazie a dei sistemi tecnologici.
RISPARMIO ENERGETICO ED ECOLOGIA:
CONSIGLI:
-non sprecare l’acqua fredda e calda lasciando i rubinetti aperti.
-spegnere le luci
-chiudere il frigo quando lo si apre
-usare di più la bicicletta che la macchina
-non surriscaldare la casa
-fare la raccolta differenziata.
ENERGIA NUCLEARE
E’ una forma di energia che deriva da profonde modificazioni della struttura stessa della materia.
Due sono i processi che possono produrre energia nucleare:
Fissione: Scissione di un nucleo pesante in due nuclei leggeri.
Fusione: Combinazione di due nuclei leggeri in un nucleo più pesante.
L’elemento fossile usato nelle centrali nucleari è l’uranio 235.
L’uranio naturale deve essere arricchito con complesse operazioni per ottenerlo.
Nel mondo sono in funzione 450 reattori nucleari, 150 reattori solo in Europa Occidentale. L’Italia è l’unica nazione del g8 che non possiede impianti nucleari. Nonostante questo, ben il 10% dell’elettricità viene proprio dal nucleare, tutto d’importazione, prevalentemente dalla Francia. Infatti quasi tutta l’energia che importiamo è prodotta da 26 reattori atomici, che sono in grado di produrre elettricità su larga
scala e senza emissioni di anidride carbonica, che è una delle cause del surriscaldamento globale. Inoltre costa anche meno.
LA QUESTIONE DELLA SICUREZZA DELLE CENTRALI:
Questa è sempre stata al centro di discussioni tra chi dice che sono molto affidabili e chi non ne è molto sicuro.
In Ucraina il 26 aprile del 1986 è avvenuto un incidente a una centrale nucleare di Chernobyl. furono rilasciate grandi quantità di materiale radioattivo causando numerose vittime. La nube radioattiva spinta dai venti è arrivata anche in Europa, provocando grande preoccupazione. Questo ha portato alla sospensione dei programmi nucleari in diversi paesi tra cui l’italia. Altri paesi invece come la Francia e il Giappone hanno costruito nuove centrali. Sicuramente la loro sicurezza grazie alle tecnologie costruttive è maggiore di quella Chernobyl.
Nel marzo 2011 però un altro incidente è avvenuto in Giappone a causa di un terremoto che a sua volta ha creato uno tsunami danneggiando una centrale nucleare.
Qualche settimana dopo l’incidente in Italia un referendum ha confermato l’opposizione di gran parte della popolazione alla scelta del nucleare.
IL PROBLEMA DELLE SCORIE.
Gli scienziati a oggi non sono ancora riusciti a trovare sistemi sicuri per sbarazzarsi di centinaia di migliaia tonnellate di scorie radioattive accumulate in tutti questi anni.
Il plutonio che si ottiene dall’uranio nelle centrali nucleari continuerà ad essere pericoloso per 250000 anni.
Attualmente la soluzione più adatta sembra quella di seppellire le scorie in depositi scavati nella roccia a centinaia di metri di profondità.
PROTOCOLLO DI KYOTO:
(Dalla città giapponese dov’è stato redato).
Datato 11 dicembre 1997.
Entrato in vigore il 16 febbraio 2005, grazie dalla ratifica del protocollo da parte della Russia(novembre 2004)
Ne fanno parte 180 paesi firmatari in occasione dello storico summit sulla Terra. E’ l’unico accordo internazionale che sancisce una limitazione delle emissioni ritenute responsabili dell’effetto serra, dei cambiamenti climatici del surriscaldamento globale.
Prima fase 2008- 2012 seconda fase termina nel 2020.
L’impegno degli stati si concentra anche sull’attuazione di politiche industriali e ambientali monitorando regolarmente le emissioni.
Per chi non rispetta gli accordi sono previste sanzioni.
Gli Stati Uniti non fanno parte del protocollo.
L’Italia lo ha ratificato il primo giugno 2002
Published: Feb 10, 2020
Latest Revision: May 25, 2020
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