Energia e sue forme

L'energia e le sue forme

indice

L'energia e le sue forme

Obiettivi

Approfondimenti

Risorse Multimediali

obiettivi

1. Comprendere il concetto di energia
2. Riconoscere le diverse forme di energia
3. Comprendere il concetto di trasformazione dell'energia
4. Collegare l'energia alla sostenibilità, comprendendo la differenza tra fonti rinnovabili e non rinnovabili
5. Applicare la teoria a situazioni pratiche
6. Stimolare il pensiero critico

L'Energia e le sue forme

COSA E' L'Energia

L’energia si può definire come la capacità che ha un corpo o un insieme di corpi di svolgere un lavoro.

Esempi:

• una macchina si muove grazie all'energia fornita dal

• l’acqua che scorre in un fiume possiede energia in movimento che le permette di compiere azioni come trasportare un tronco oppure far girare le pale di un mulino

carburante

L’energia è fondamentale per tutte le attività umane, come l’industria e i trasporti, ma anche per il funzionamento dell'organismo degli esseri viventi, sia animali che vegetali.

unità di misura dell'energia

Nel , l'energia si misura in Joule (simbolo: J), che è l'unità di misura fondamentale per l'energia, il lavoro e il calore. Definizione del joule: 1 joule è definito come l'energia trasferita quando una forza di 1 newton agisce su un oggetto e lo sposta di 1 metro nella direzione della forza. In termini matematici: 1𝐽=1𝑁×1𝑚

Sistema Internazionale (SI)

FORME di energia

L'energia si può manifestare in diverse forme: ddddd

energia meccanica, cioè di movimento; energia termica, cioè calore;energia luminosa, cioè luce;energia chimica, che si libera con una reazione chimica;energia atomica, presente nei nuclei degli ;energia elettrica, dovuta allo spostamento di cariche elettriche. ddddd

atomi

Energia meccanica

Energia potenziale Dipende dalla posizione del corpo nello spazio

Energia cinetica Energia legata al movimento del corpo nello spazio

Energia TErmica

È legata al movimento delle particelle dentro un oggetto: più si muovono velocemente, più l’oggetto è caldo e più energia termica ha.

Energia luminosa

E' una forma di energia che si manifesta sotto forma di luce. È prodotta da onde elettromagnetiche (come la luce visibile), che si propagano nello spazio.

Energia chimica

E' una forma di energia immagazzinata nei . Si può liberare attraverso reazioni chimiche.

legami molecolari

Quando bruciamo legna o carta, l'energia chimica contenuta nei legami delle molecole (come cellulosa nel legno) si trasforma in energia termica (calore) e energia luminosa (luce).

Quando mangiamo, il glucosio viene trasformato nel nostro corpo attraverso una reazione chimica che libera energia che il corpo utilizza per muoversi, pensare e svolgere altre attività vitali.

Energia ATOMICA

E' una forma di energia che proviene dal nucleo degli atomi. È legata alla forza che tiene insieme le particelle subatomiche (protoni e neutroni) nel nucleo dell'atomo. Questa energia può essere rilasciata attraverso processi nucleari, come la e la nucleare, che provocano un grande rilascio di energia a seguito della perdita di una piccola quantita di materia.

fissione

fusione

Energia ELEttrica

E' una forma di energia legata allo spostamento di cariche elettriche contenute negli atomi. L'energia elettrica si manifesta quando elettroni (piccole particelle cariche negativamente) si muovono attraverso un materiale conduttore, come un filo di rame. Questo movimento degli elettroni genera una corrente elettrica, che può essere utilizzata per alimentare dispositivi come luci, motori, elettrodomestici, e molti altri.

Energia ELEttrica

Elettricità in natura

Generatori di elettricità

In natura l'energia elettrica esiste nei fulmini e in alcuni animali come i pesci elettrici. Per esempio l'elettroforo o anguilla elettrica, un pesce lungo oltre 2 m che vive nel Rio delle Amazzoni, emette forti scariche da 500 V (l'impianto di casa nostra funziona a 220 V).

La corrente che arriva nelle abitazioni si ottiene dalla trasformazione di altri tipi di energia.L'impianto che produce corrente su scala industriale si chiama centrale elettrica. A seconda del tipo di energia di partenza si distingue per esempio la centrale idroelettrica, che trasforma l'energia meccanica dell'acqua, e la centrale termoelettrica, che trasforma l'energia prodotta bruciando combustibili fossili (carbone o petrolio).

vantaggi dell'Energia ELEttrica

L'energia elettrica presenta numerosi vantaggi: può essere trasportata molto lontano dal luogo di produzione;può essere trasformata in altre forme di energia (luminosa, meccanica ecc.);non produce emissioni inquinanti (se non prodotta da fonti fossili).

CENTRALE ELETTRICA

Gli elementi principali della centrale elettrica sono la turbina e l'alternatore. Ogni centrale è inserita in un sistema più vasto che comprende il trasporto dell'energia fino alle città e la distribuzione a tutte le utenze (case, uffici, fabbriche, ...)

GRUPPO TURBINA ALTERNATORE

Nella sala macchine della centrale elettrica sono presenti turbina e alternatore. Essi formano un gruppo unico perché i loro alberi terminano con flange, cioè con piastre imbullonate tra loro. L'organo rotante di ognuna delle due macchine viene definito rotòre.

A. Rotòre di turbina a vapore: è formato da centinaia di palette montate a forma di ruota sull'albero cilindrico. L'albero, collocato nel suo basamento fisso, viene poi collegato a quello dell'alternatore. Serve una grande massa di vapore ad alta pressione per metterlo in rotazione.B. Rotòre di alternatore: è un elettromagnete cilindrico a molti poli posto su un basamento statico detto statore. Vista la sua straordinaria forza magnetica, solo una turbina di pari potenza riesce a farlo girare.

IL principio di conservazione dell'energia

Secondo il principio di traformazione dell'energia "l'energia non si crea né si distrugge, ma passa da una forma all'altra".

L'energia può passare da un corpo all'altro e mantenere la stessa forma. Per esempio una palla da biliardo in movimento ha energia meccanica: quando ne colpisce un'altra, l'energia meccanica passa alla palla colpita.

Passando da un corpo all'altro l'energia può anche cambiare forma. Per esempio quando schiacciamo ripetutamente la leva di una torcia manuale, l'energia meccanica della nostra mano si trasforma in energia elettrica che, passando nei led della torcia, si trasforma a sua volta in energia luminosa. Nei vari passaggi, parte dell'energia si disperde sotto forma di energia termica.

FONTI PRINCIPALI DI ENERGIA

La fonte principale di energia è il Sole, che ne fornisce circa il 95%...

...il restante 5% deriva dalla terra

ENERGIA DAl sole

Ogni giorno, da 4 miliardi di anni, il Sole illumina e riscalda la superficie terrestre, creando i venti e la pioggia che alimentano i fiumi, rendendo così possibile la vita. Il Sole è la principale fonte di energia: tutte le altre fonti non sono altro che energia solare trasformata. Vediamo alcuni «effetti» del calore, ossia dell'energia termica, del Sole.

• L'aria calda si forma grazie ai raggi solari.
• I venti si generano grazie al Sole, che riscalda in modo diverso le terre e i mari. Le zone di terra, essendo più calde, fanno salire masse d'aria calda che attirano aria più fredda dal basso, creando il vento.
• I fiumi sono alimentati dalle piogge che si formano a causa dell'evaporazione dell'acqua proveniente da mari, laghi, fiumi, ecc.

L'energia luminosa ha effetti sia a breve che a lungo termine.

• Le piante crescono grazie alla luce necessaria per la fotosintesi.
• L'uomo e gli animali trasformano l'energia chimica contenuta nelle piante (assunta tramite l'alimentazione) e la usano per vivere, cioè per mantenere la temperatura corporea, muoversi, ecc.
• I combustibili fossili si formano, in milioni di anni, a partire da enormi accumuli di legno (carbone) e dai resti di piccoli organismi animali e vegetali (petrolio e gas naturale).

ENERGIA DAlla terra

Una piccola parte di energia, circa il 5% del totale, proviene dalla Terra sotto forma di vapore acqueo surriscaldato, energia delle maree e energia contenuta nel nucleo degli atomi.

Energia geotermica È il vapore acqueo surriscaldato che fuoriesce dalla crosta terrestre. In particolari condizioni geologiche, le rocce sotterranee molto calde vengono a contatto con le falde acquifere, facendo evaporare l’acqua. Energia delle maree È l’energia posseduta dalle masse d'acqua degli oceani che si trovano a un livello maggiore o minore rispetto alle zone costiere. Il sollevamento giornaliero di tali masse d'acqua è dovuto alla forza di attrazione della Luna sulla Terra. Energia nucleare Questa energia tiene insieme il nucleo dell'atomo, formato da protoni e neutroni. È un'energia che può essere ricavata dall'uranio o tramite la fusione di due atomi di idrogeno.

TIPI DI FONTI: rinnovabili e non rinnovabili

Dal punto di vista ambientale le fonti di energia si suddividono in rinnovabili e non rinnovabili.

Fonti non rinnovabili Hanno bisogno di tempi lunghissimi (milioni di anni) per formarsi. Sono fonti di questo tipo i combustibili fossili e l'uranio.

Fonti rinnovabili Sono sempre disponibili o si formano in tempi più brevi. Sono fonti di questo tipo il sole, il vento, i salti d'acqua, le maree, le correnti, la geotermia e le biomasse (legna, scarti dell'agricoltura ecc.).

Quasi tutte le fonti rinnovabili sono pulite, perché il loro utilizzo non genera inquinanti né CO₂. La combustione delle biomasse emette un po' di inquinanti ma, se paragonata a quella di carbone, petrolio e gas naturale, ha emissioni decisamente inferiori. Una risorsa rinnovabile è sostenibile se si riproduce almeno alla stessa velocità con cui viene utilizzata. Per esempio Sole e vento sono sostenibili, mentre le risorse forestali vanno sfruttate razionalmente per essere tali.

FOCUS NOTES

Energy is everywhere and is used to heat, light, move things and people, transform water into steam etc. All the things that produce energy are called sources of energy. Energy cannot be created or destroyed, but passes from one form to another changing only its name. What energy is called

• It is called light energy when it illuminates: the Sun has light energy
• It is called chemical energy when it is inside plants, animals, etc.: trees have chemical energy
• It is called kinetic energy when it makes things move: he wind has kinetic energy
• It is called thermal energy when it heats: burning wood has thermal energy.

Answer the questions a. What is the energy that illuminates called? b. What is the energy inside plants called? c. What is the energy that heats called? d. What is the energy that makes things move called?

Collegamento con INGLESE

APPROFONDIMENTI

Il joule

Un joule è definito come il lavoro compiuto da una forza di 1 newton per provocare uno spostamento di 1 metro nella stessa direzione della forza:1J = 1 (N-m)Per avere un'idea concreta di quanto valgano queste unità di misura, possiamo dire che

• Su una massa di 1kg agisce una forza peso di 10 N.

Infatti la forza peso è la forza con cui la Terra attrae un corpo verso il suo centro, ed è data dalla formula: 𝑃=𝑚⋅𝑔Dove:𝑃 è la forza peso, in Newton (N)𝑚 è la massa dell’oggetto, in chilogrammi (kg)𝑔 è l’accelerazione di gravità, che sulla Terra vale circa 9.8 m/s² Quindi su un oggetto che ha massa di 1 kg: 𝑃=1kg⋅9.8m/s2≈9.8N (che si può arrotondare 10 N)

• 1 joule equivale al lavoro che compie ad esempio la forza peso nel far cadere la mela di 200g, quando si trovi a

1/2 metro da terra Possiamo dire quindi che l'energia di una mela di 200g, che si trovi a 1/2 metro da terra, sia pari a 1 Joule.

ONDE ELETTROMAGNETICHE

Le onde elettromagnetiche sono onde formate da campi elettrici e magnetici che si propagano nello spazio, anche nel vuoto, trasportando energia. L’energia luminosa è una forma di energia trasportata proprio da questo tipo di onde. La luce visibile che vediamo ogni giorno (come quella del Sole o di una lampadina) è un esempio di onda elettromagnetica. Tuttavia, non esistono solo le onde luminose visibili: anche i raggi ultravioletti, i raggi X, le onde radio e i microonde sono onde elettromagnetiche, solo che non possiamo vederle. Le onde elettromagnetiche si muovono a velocità elevatissima, cioè alla velocità della luce (circa 300.000 km al secondo nel vuoto), e trasportano energia da una sorgente (come il Sole) fino a dove vengono assorbite (per esempio dalle piante, dai pannelli solari, dai nostri occhi). L’energia luminosa è quindi l’energia trasportata da una parte specifica delle onde elettromagnetiche: quella che il nostro occhio riesce a vedere, cioè lo spettro visibile. Quando la luce arriva su un oggetto, può essere riflessa, assorbita o trasformata in altre forme di energia (calore, energia chimica, ecc.).

RISORSE MULTIMEDIALI

VIDEO

Audio

VIDEO

PODCAST

With this function...

You can add additional content that excites your audience's brain: videos, images, links, interactivity... Whateveryou want!

SISTEMA INTERNAZIONALE

Il Sistema Internazionale di Unità (abbreviato in SI) è un sistema di unità di misura utilizzato a livello mondiale per garantire uniformità e coerenza nelle misurazioni scientifiche, tecniche e quotidiane. È basato su sette unità fondamentali, da cui derivano tutte le altre unità di misura. Le 7 unità fondamentali del Sistema Internazionale: Metro (m) – Unità di misura della lunghezza. Chilo (kg) – Unità di misura della massa. Secondo (s) – Unità di misura del tempo. Ampere (A) – Unità di misura della corrente elettrica. Kelvin (K) – Unità di misura della temperatura termodinamica. Mole (mol) – Unità di misura della quantità di sostanza. Candela (cd) – Unità di misura dell'intensità luminosa.

Legami molecolari

Un legame molecolare è come una colla che tiene unite le parti di una molecola. In una molecola ci sono atomi (piccolissime particelle) e questi atomi si uniscono tra loro grazie a questi legami. Esempio reale: L’acqua è fatta di due atomi di idrogeno e uno di ossigeno: H₂O ➡️ Gli atomi sono legati tra loro da legami molecolari.