L'ENERGIA - APPROFONDIMENTO INTERATTIVO

SPECIALE ENERGIA

Maestra Marta Ghironi

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LEZIONE INTERATTIVA CON QUIZ, ATTIVITà E COLLEGAMENTI

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CINETICA

POTENZIALE

MAGNETICA

MAGNETICA

L'ENERGIA

LUMINOSA

ELETTRICA

SONORA

NUCLEARE

MECCANICA

QUIZZ

Velocità nel vuoto 300.000 km/s

SI MANIFESTA COME UNA LINEA RETTA

LA LUCE

LA DISPERSIONE DELLA LUCE

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OMBRA

PENOMBRA

CI SONO 2 TIPI DI CORPI:

SORGENTE PUNTIFORME

SORGENTE ESTESA

LE FONTI DI LUCE

I FENOMENI LUMINOSI

LE SORGENTI LUMINOSE CHE EMANANO LUCE

I CORPI ILLUMINATI CHE RIFLETTONO LUCE

RIFLESSIONE

RIFRAZIONE

LA LUCE ED I SUOI COLORI

Se i tre fasci hanno circa le stesse intensità, nella zona di sovrapposizione tripla si ha il bianco e nelle zone di sovrapposizione doppia si ottengono il ciano e il magenta. Se invece le intensità dei tre fasci vengono variate, le zone di sovrapposizione possono assumere tutti i possibili colori, incluso il nero quando i tre fasci vengono estinti.

Lo schermo TV è costituito da una miriade di piccole isole, ciascuna costituita a sua volta da tre fosfori capaci di emettere il rosso, il verde e il blu in proporzione all’intensità dei rispettivi fascetti di elettroni che li vanno a colpire. L’occhio fonde insieme i tre segnali, facendoci percepire la corretta colorazione. L’effetto può essere studiato a casa propria impiegando tre torce elettriche, i cui fasci luminosi, dopo essere passati attraverso filtri colorati, vanno a sovrapporsi su una parete bianca.

Il prisma di Newton

La luce bianca, o solare, è costituita da un’infinità di parti di colori: dal rosso cupo al violetto. Anche se l'occhio può vedere un migliaio di tinte, nello spettro dell’ iride si fa riferimento

L’esperimento è facile da riprodurre: basta disporre di un prisma di vetro e illuminarne una faccia con un fascio di luce bianca con la torcia elettrica. Su tale faccia va creata una fenditura – ad esempio tramite due cartoncini neri – in modo da restringere la luce entrante nel prisma a una sottile striscia. Se tale accorgimento non viene adottato, il risultato è tutt’altro: l’estensione dell’area illuminata fa sì che sullo schermo si abbia una zona centrale di sovrapposizione di tutti i colori spettrali e di conseguenza una ricostituzione del bianco. Soltanto ai bordi ciò non può aver luogo, a causa della contiguità con le zone oscure, e dunque si osservano solo i due colori estremi. È istruttivo partire dalle condizioni corrette e poi allargare gradualmente la fenditura fino a raggiungere l’errata figura di Goethe.

a sette colori: rosso, arancione, giallo, verde, blu e indaco. Newton dipinse i colori in un disco: facendo ruotare il disco attorno a uno spillo passante per il suo centro, per la persistenza delle immagini sulla retina i colori si sovrappongono dando origine a un bianco grigiastro.

LE SORGENTI DI LUCE

Le sorgenti di luce, come abbiamo visto sono le fonti che producono l'energia luminosa. Sono produttori quindi di raggi o fasci lucenti. Esse possono essere di due tipi: naturali ed artificiali.

SORGENTI ARTIFICIALI

SORGENTI NATURALI

Sono quelle fonti che esistono indipendentemente dall'uomo: il sole, le stelle, i corpi celesti, alcuni animali come le lucciole ed i pesci.

Sono quelle fonti costruite dall'uomo, come le lampadine, i fari, il fuoco e le candele, i neon, le torce e qualunque strumento che generi luce

L'ENERGIA NUCLEARE

LA FISSIONE

L'impiego dell’energia nucleare nasce dalla possibilità di utilizzare le grandi energie presenti nel nucleo dell’atomo. L'energia nucleare può essere prodotta sia attraverso la fissione nucleare (separazione dei nuclei di materiali radioattivi pesanti) sia attraverso la fusione (unione di nuclei di elementi leggeri). Delle due reazioni, la fissione è l'unica realizzabile e controllabile dall’uomo, con i necessari accorgimenti tecnici legati alla prevenzione degli incidenti ed alla gestione delle scorie radioattive.

Nella fissione il nucleo di uranio, scontrandosi con un neutrone, si spezza in due frammenti e in due o tre neutroni, liberando energia sotto forma di calore. I neutroni emessi urtano con altri nuclei di uranio e provocano ulteriori fissioni in numero sempre crescente (si tratta di una cosiddetta reazione a catena). Se questa reazione non viene controllata, la fissione diventa esplosiva e si ha la bomba atomica. Se la fissione viene controllata, può essere usata per produrre energia e come nel reattore nucleare .

LE CENTRALI NUCLEARI

Il reattore è il cuore di una centrale nucleare e la reazione avviene nella sua parte centrale, detta nocciolo. Attorno al nocciolo corrono tubi contenenti acqua che viene riscaldata dal calore emesso nella reazione e trasformata in vapore. Da questo punto in poi la centrale nucleare funziona come una qualsiasi centrale termoelettrica a olio combustibile o a gas. Il vapore fa ruotare delle turbine collegate a reattori che producono energia elettrica. La differenza è solo nelle strutture. Infatti, poiché i neutroni, l’uranio e i prodotti della fissione sono radioattivi e quindi estremamente pericolosi, tutto l’insieme è racchiuso in contenitori di acciaio e di piombo, a loro volta contenuti in robusti edifici in cemento armato.

LA FUSIONE

LA FUSIONE

La fusione nucleare è la reazione che si ha quando due nuclei di idrogeno si scontrano, fondendosi assieme in un nucleo più grande e liberando energia sotto forma di calore. Anche in questo caso il processo non controllato porta alla bomba all’idrogeno, mentre il processo controllato porta invece al reattore a fusione. La temperatura necessaria al processo di fusione è elevatissima, dell’ordine di milioni di gradi, e dunque assai difficile da raggiungere in laboratorio (in natura viene raggiunta all’interno del Sole e delle altre stelle).

Per le difficoltà esistenti nel controllare il processo di fusione, sono state costruite bombe ma non ancora reattori. Quindi la fusione non è attualmente una fonte di energia utilizzabile, ma solo un progetto.

L'ENERGIA NUCLEARE E L'AMBIENTE

Fissione e fusione sono due fonti di energia che potrebbero risolvere definitivamente il problema energetico dell’umanità. Il reattore deve essere protetto per evitare perdite di materiale radioattivo. Infatti, se vengono a contatto con le cellule di un organismo animale o vegetale, le particelle emesse da elementi radioattivi producono danni molto gravi, come malattie ereditarie e difetti genetici.

Inoltre esiste il problema dello smaltimento del materiale utilizzato nel funzionamento dei reattori, perché i residui del combustibile nucleare restano radioattivi anche per migliaia di anni. Si tratta perciò di confinare i rifiuti radioattivi in robusti contenitori e di sotterrarli a grandi profondità, e in ogni caso non esiste l’assoluta certezza che i contenitori resistano fino a che non si esaurisce la radioattività.

PRO E CONTRO DEL NUCLEARE

I VANTAGGI

GLI SVANTAGGI

Richiedono elevati livelli di sicurezza.

Produce scorie radioattive

Non produce gas serra.

L'aumento della produzione di armi di distruzione di massa.

Enorme produzione di energia elettrica.

Produce solo energia elettrica

Ripassa con un gioco didattico!

Lungo ciclo di vita delle centrali.

Costi troppo elevati

L'ENERGIA CHIMICA

Per definizione, si chiama energia chimica la capacità di alcune sostanze di combinarsi con altre sviluppando energia sotto forma di luce, calore ed elettricità. Essa è data dalla somma dell’energia cinetica degli elettroni e dell’energia potenziale dovuta alle interazioni elettriche tra le cariche presenti nella materia. L’energia chimica può essere rilasciata durante una reazione chimica, spesso sotto forma di calore: queste reazioni sono chiamate esotermiche. In tutte le reazioni esotermiche diminuisce l’energia chimica del sistema e aumenta l’energia termica.Clicca e svolgi il quiz -------->

La combustione è la reazione tra una sostanza e l’ossigeno contenuto nell’aria, indotta da una scintilla.Con la combustione viene emessa energia sotto forma di calore e luce.

Le reazioni endotermiche hanno bisogno di un input energetico, come quello dato dal calore, che inneschi la reazione. Puoi osservare questo fenomeno nella fotosintesi clorofilliana: l’energia del sole, infatti, è necessaria per rompere i legami chimici tra acqua e anidride carbonica, andando a formare ossigeno e glucosio.

L’uomo utilizza l’energia chimica del cibo per alimentare il proprio metabolismo cellulare e le funzioni vitali del nostro corpo per mezzo della digestione.

I MAGNETI NATURALI Sono delle rocce esistenti in natura che hanno la proprietà di attrarre ferro, per esempio la magnetite. Si formano spontaneamente, dall'accumulo, negli anni, di rocce e materiali ferrosi, mantenendo le proprietà magnetiche all'infinito.

Nessun gas serra

L'energia nucleare non produce i gas serra. La produzione di energia dall'atomo, non essendo basata sulla combustione di risorse fossili o vegetali, non causa l'emissione in atmosfera dei gas responsabili del peggioramento dell'effetto serra (es. anidride carbonica).

STATE ATTENTI... CON IL FUOCO CI SI BRUCIA!

LA COMBUSTIONE

La combustione si ottiene quando una sostenza viene a contatto con una fonte di calore superiore alla sua temperatura interna, inducendo una reazione volta a produrre talmente tanto calore da modificare indelebilmente la materia. Quando bruci un pezzo di carta, rimarrà solo la cenere, allo stesso modo se brucerai la legna od il carbone.

La digestione, la nostra energia

Durante la digestione le molecole del nostro cibo vengono scomposte in pezzi più piccoli. In questo processo di decomposizione è coinvolta una reazione chimica: dunque si produce energia che riscalda il corpo, lo ripara e lo rende in grado di muoversi. Il luogo in cui avviene la digestione è lo stomaco da cui le sostanze elaborate vengono convogliate in tutto il corpo.Il metabolismo degli zuccheri

e dei lipidi permette attraverso una serie di reazioni chimiche di trasformare le sostanze alimentari in energia vitale.

LE SCORIE RADIOATTIVE

Nel processo di fissione nucleare sono prodotti anche rifiuti radioattivi di vario grado che necessitano d'essere lavorati e/o stoccati in depositi di massima sicurezza per migliaia di anni. Lo stesso trasporto del materiale radioattivo, le scorie dalla centrale al deposito è un problema sia tecnologico che sociale.

LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA

La fotosintesi clorofilliana si svolge nelle foglie. 🌳 Immagina le foglie delle piante come piccoli laboratori chimici, dove alcune sostanze si uniscono, si trasformano e creano nuove sostanze. Nelle foglie arriva la linfa, una sostanza composta dall’ acqua e dai sali minerali che le piante assorbono dal terreno grazie alle radici e che poi scorre lungo il fusto fino ad arrivare alle foglie. La linfa che arriva alle foglie si chiama linfa grezza. Proprio nelle foglie la linfa grezza viene trasformata in una sostanza diversa, la linfa elaborata, che è la sostanza di cui la pianta si nutre. La fotosintesi clorofilliana è proprio questo: la trasformazione della linfa grezza in linfa elaborata. 🤓 La linfa elaborata contiene zuccheri, che servono alla pianta per vivere e crescere. La linfa grezza, invece, contiene solo acqua e sali minerali.

La fotosintesi clorofilliana - cioè la creazione della linfa elaborata ricca di zucchero - avviene nelle foglie grazie a tre elementi: la clorofilla, la luce del sole e l’anidride carbonica. L’anidride carbonica che si trova nell’aria entra all’interno delle foglie per mezzo degli stomi, che sono piccoli pori che si trovano sulla superficie della foglia. Nella foglia si trova anche la clorofilla, un pigmento verde che riesce ad assorbire la luce del sole e a trasformarla in energia. L’energia della luce del sole e l’anidride carbonica si incontrano e creano molecole di zucchero. Lo zucchero viene poi trasportato in tutte le parti della pianta dai canali per nutrire e far crescere la pianta. Un po’ come succede nel nostro corpo con il sangue.

IL NUCLEARE E LA SICUREZZA

Le centrali nucleari richiedono un livello di sicurezza maggiore rispetto alle altri centrali elettriche poiché maggiori sono le conseguenze ambientali in caso di disastro o di incidente. Conseguenze in caso di incidente. La storia ha già mostrato la gravità delle conseguenze degli incidenti alle centrali nucleari. Le radiazioni a cui la popolazione viene esposta causano un maggiore rischio di morte per leucemia e tumore.

UN'ENERGIA A CARO PREZZO!

Oltre ad essere caratterizzata da elevati costi iniziali, la tecnologia nucleare richiede anche un know-how (aggiornamento continuo) tecnologico nel paese sia per quanto riguarda la gestione delle centrali nucleari e sia per la gestione del ciclo del combustibile nucleare. Queste caratteristiche rendono più complesso il ricorso all'energia nucleare da parte dei paesi poveri, aumendo la dipendenza tecnologica dai paesi più sviluppati.

I MAGNETI ARTIFICIALI Sono quelli costruiti dall'uomo e si costruiscono prendendo un pezzo di ferro e magnetizzandolo, attraverso un contatto diretto con un magnete. I magneti artificiali si possono costruire di due tipi: magneti permanenti e magneti temporanei. Un magnete si dice permanente se conserva la magnetizzazione per molto tempo; la calamita è un magnete permanente. Un magnete si dice temporaneo solo se è a contatto o vicino ad una calamita.

LA DISPERSIONE DELLA LUCE

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della radiazione luminosa grazie alla quale il cervello individua la radiazione e suscita in noi una particolare sensazione di colore. Il colore, perciò, non è un carattere inerente alla luce, ma nasce a livello fisiologico.

La dispersione cromatica della luce bianca nello spettro dell’iride per mezzo di un prisma fu un risultato di Cartesio, perfezionato poi da Isaac Newton, ed è un fatto di quotidiana osservazione nei cristalli, nelle gocce d’acqua, nell’arcobaleno. In cosa consiste? Perché vediamo “a colori”?È noto che siamo capaci di visione a colori perché nella retina disponiamo di tre specie di fotorecettori, i coni, che vengono attivati rispettivamente dal rosso, dal verde e dal blu-violetto

(i colori primari additivi della visione).Ogni componente di colore della luce genera nei tre tipi di coni una propria stimolazione, generando tre segnali nervosi (ad esempio, un giallo vivace potrebbe dare tre livelli di stimolazione). Si tratta del tristimolo, una codifica

IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

Il campo magnetico terrestre, noto anche come campo geomagnetico, è il campo magnetico che si estende dall'interno della Terra verso lo spazio, dove interagisce con il vento solare, un flusso di particelle cariche emanate dal Sole. La Terra ha un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido, entrambi composti da ferro e nichel. Il metallo trasporta una corrente elettrica alimentata dal movimento del liquido. La corrente elettrica crea un campo magnetico che si estende dal nucleo alla superficie della Terra e oltre.

LA RIFRAZIONE

denso (da aria ad acqua) il raggio rifratto si avvicina alla perpendicolare; se passa da un corpo più denso a uno meno denso, il raggio rifratto si allontana dalla perpendicolare.

La rifrazione della luce è il fenomeno luminoso che avviene quando la luce passa da una sostanza trasparente a un’altra anch’essa trasparente, per esempio dall’aria all’acqua, ma di diversa densità e quindi subisce una deviazione. L’immagine che vediamo ci sembra deformata. Per sperimentare questo fenomeno immergiamo una matita in un bicchiere d’acqua: la matita ti sembrerà spezzata, ma non lo è!

Le leggi della rifrazione della luce sono dunque le seguenti: Prima legge: il raggio incidente, il raggio rifratto e la perpendicolare alla superficie nel punto di incidenza appartengono tutti allo stesso piano. Seconda legge: se il raggio luminoso passa da un corpo meno denso a uno più

IL CAMPO MAGNETICO ED I POLI MAGNETICI

Il magnetismo è la forza esercitata dai magneti quando si attraggono o si respingono. Il magnetismo è causato dal movimento delle cariche elettriche. Ogni sostanza è composta da piccole unità chiamate atomi. Ogni atomo possiede elettroni, particelle che trasportano cariche elettriche. Quando si avvicinano dei magneti a degli oggetti magnetici, il magnete e l'oggetto vengono attirati l'uno verso l'altro. Questo fenomeno si chiama attrazione magnetica. I magneti possono anche respingere (allontanare) altri magneti. La maggior parte degli oggetti attratti dai magneti contiene ferro. La maggior parte degli altri metalli, come l'alluminio, non sono attratti dai magneti.

I magneti hanno un'area invisibile intorno a loro chiamata "campo magnetico". Gli oggetti magnetici all'interno di questo campo invisibile sono attratti dal magnete. Gli oggetti magnetici al di fuori del campo magnetico non sono attratti dal magnete. Per questo motivo un magnete deve essere vicino a un oggetto per attrarlo. I poli di due magneti si respingono o si attraggono. Poli diversi si attraggono. Ad esempio, se il polo sud di un magnete viene avvicinato al polo sud di un altro magnete, i magneti si respingeranno. Questo accade anche con due poli nord messi vicini. Se un polo nord viene messo vicino a un polo sud, i magneti si attraggono fino ad attaccarsi l'uno all'altro e possono essere difficili da staccare.

Un solo tipo di energia

Solo energia elettrica. L'energia nucleare consente di produrre solo elettricità e non risolve appieno il problema dell'approvvigionamento energetico di un paese. L’elettricità soddisfa gran parte delle esigenze della società avanzata ma non tutte (es. carburanti per il trasporto, combustibili per il riscaldamento, ecc. )

L'energia meccanica la troviamo in un sistema od un meccanismo ed è la somma dell'energia potenziale e di quella cinetica. Pensiamo ad un oggetto come l'altalena per bambini. La sua struttura permette, a seconda degli stimoli indotti, di trasformare durante il suo funzionamento l'energia potenziale in energia cinetica e viceversa. Inoltre conserva l'energia meccanica (il movimento dato dal meccanismo) indipendentemente dall'input esterno. L'altalena dondola in autonomia per un tempo più o meno maggiore a seconda della quantità di energia accumulata con la spinta.

Il lungo ciclo di vita delle centrali elettriche nucleari

L’impianto nucleare può funzionare ininterrottamente per 40-60 anni. Un periodo di tempo così lungo consente di ammortizzare l'elevato costo iniziale della centrale atomica.

Produzione elettrica su vasta scala

Produzione di energia elettrica su vasta scala. Da una piccola quantità di uranio una centrale atomica riesce a produrre una grande quantità di energia elettrica.

I CORPI ILLUMINATI

A seconda del tipo di materiale che sono fatti o della posizione in cui si trovano si possono dividere in tre gruppi:

• quelli che assorbono luce: corpi opachi (esempio: tutti gli oggetti ordinari)
• riflettono luce: corpi riflettenti (esempio: metalli levigati)
• vengono attraversati dalla luce: corpi trasparenti (esempio: vetro, aria e acqua).
• nei quali la luce si concentra nella superficie: corpi translucidi (vetro smerigliato, esimili)

LA RIFLESSIONE

Quando la luce incontra un corpo levigato come lo specchio od il metallo lavorato si riflette e viene respinta verso l'esterno e questo ci permette, per esempio di specchiarci e di vedere oggetti, appunto riflessi.

L'uso militare e il pericolo delle bombe atomiche

Il ritrattamento del combustibile delle centrali elettriche consente di usare il plutonio per produrre le armi nucleari e la bomba atomica. Per tali ragioni il settore dell'energia nucleare è sottoposto a rigidi controlli da parte della comunità internazionale.