Indice

Fonti e forme di energia

1. Forza, lavoro, energia.

2. Forme di energia.

3. Forme di energia (esercizi)

4. Fonti di energia

5. Minitest pag.310

I combustibili

6. I combustibili (mappa)

7. La legna (mappa)

8. I carboni fossili: origine e classificazione (mappa)

9. I carboni fossili: estrazione, utilizzo e problmatiche ambientali (mappa)

10. Minitest pag.314

11. Il petrolio (mappa)

12. Minitest pag.318 – Minitest pag.319 – Minitest pag.322

13. La centrale termoelettrica (attività in classe)

14. La centrale a turbogas – La centrale a ciclo combinato (attività in classe)

15. La centrale termoelettrica – La centrale a turbogas (mappe)

Forza, lavoro, energia. Definizioni Sono forze tutte le cause fisiche capaci di modificare lo stato di quiete o di moto di un corpo, o di deformarlo. Si misurano in Newton (N).

Il termine lavoro è usato per definire la quantità di forza applicata moltiplicata per lo spostamento generato dalla forza. Si misura in Joule (J).

Lavoro (Joule) = forza (Newton) × spostamento (m)

L’energia è la capacità di u n corpo di compiere un lavoro. Si misura in Joule (J).

Forme di energia

Energia chimica È immagazzinata all’interno delle molecole di determinate sostanze (combustibili, alimenti, ecc.) che hanno la possibilità di liberarla attraverso una reazione chimica (ad

es. la combustione).

Energia termica È il calore che si può ottenere durante una combustione e per l’attrito tra due corpi in movimento.

Energia elettrica In natura si manifesta nei fulmini, ma noi non siamo in grado di sfruttarla. Viene prodotta trasformando altre forme di energia (ad es. energia chimica o meccanica),

attraverso macchine dette generatori.

Energia nucleare È l’energia contenuta nel nucleo dell’atomo di particolari sostanze (uranio, idrogeno), che si libera in seguito alle reazioni nucleari di fissione e fusione, cioè di profonde

modifiche della struttura stessa della materia.

Energia radiante Un esempio è quella proveniente dalle radiazioni solari, le cui manifestazioni sono la luce ed il calore.

Può essere sfruttata per produrre energia termica, ad esempio per il riscaldamento domestico attraverso pannelli solari termici, oppure energia elettrica, attraverso pannelli fotovoltaici.

Energia meccanica potenziale È posseduta dai corpi che si trovano a una certa altezza e possono cadere verso il basso

attratti dalla forza di gravità. Possono fornire un lavoro grazie alla loro posizione.

Energia meccanica cinetica È posseduta da tutti i corpi in movimento.

Esistono anche delle formule per calcolare l’energia posseduta da un corpo. Quelle più semplici riguardano l’energia potenziale e l’energia cinetica.

Energia potenziale

Ep = m * g * h

m = massa del corpo (kg)

g = accelerazione dovuta alla gravita (vale 9,8 m/s2) h = altezza del corpo rispetto al livello del mare (m)

Energia cinetica

Ec = 𝟏

𝟐 * m * v2

m = massa del corpo (kg)

v = velocità del corpo (m/s)

Principio di conservazione dell’energia

Quando un corpo si muove in direzione verticale l’energia potenziale si trasforma in cinetica o viceversa.

Più in generale possiamo parlare di trasformazioni energetiche, cioè di passaggi da

una forma ad un’altra di energia.

Quello che è importante sapere è il cosiddetto principio di conservazione dell’energia.

L’energia che si spende per compiere qualsiasi attività non si perde, ma ricompare in

forma diversa, senza distruggersi.

L’energia non si crea né si distrugge,

ma si trasforma da una forma ad un’altra.

Forme di energia - esercizi

1. Quale trasformazione energetica avviene nei seguenti elettrodomestici?

Asciugacapelli energia ________________ energia ________________

Lavatrice energia ________________ energia ________________

Forno energia ________________ energia ________________

2. In una lampadina accesa avviene la trasformazione da energia elettrica in energia

luminosa ma anche in energia termica.

Quali riflessioni puoi fare a riguardo, pensando anche al principio di conservazione

di energia?

3. Calcola l’energia cinetica di un’automobile di massa m = 1000 kg che viaggia a 72 km/h.

[Risp.: Ec = 2 * 105 J]

4. Un operaio porta a 5 m di altezza un sacco avente m = 25 kg, compiendo un lavoro

di 4900 J. Calcola la massa dell’operaio.

[Risp.: m = 75 kg]

5. Un corpo di massa m = 25 kg possiede una energia potenziale gravitazionale di 3.920

J. A quale altezza da terra si trova?

[Risp.: h = 16 m]

6. Calcolare il lavoro compiuto da un’auto con m = 950 kg per passare da 36 a 90 km/h.

[Risp.: L = 249.375 J]

7. Un vaso di massa m = 2 kg è sul davanzale di una finestra al 6° piano di un palazzo

(circa 20 m di altezza). Quanto vale la sua energia potenziale?

Se cade giù, qual è la sua velocità quando tocca terra?

[Risp.: Ep = 392 J; v = 19,80 m/s]

8. L’uomo sullo skateboard ha una massa m = 80 kg.

Quanto vale la sua energia potenziale quando è in cima al percorso?

Qual è la sua velocità quando arriva nel punto più basso del percorso?

[Risp.: Ep = 4.704 J; v = 10,84 m/s]

Fonti di energia

Rinnovabili Non Rinnovabili

Si definiscono non rinnovabili le fonti di energia che richiedono lungo tempo (milioni di anni) per rigenerarsi e che, quindi, si esauriscono una volta sfruttate. Sono costituite dai combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale) e dai

combustibili nucleari (uranio, plutonio, idrogeno).

Si definiscono rinnovabili le fonti di energia che si rigenerano continuamente e che, quindi, non si esauriscono. Sono costituite dall’energia del sole, del vento, dell’acqua, del calore della terra

(geotermia) e dalle biomasse.

Le fonti di energia vengono utilizzate per produrre principalmente energia elettrica,

senza la quale la società moderna non potrebbe svolgere tutte le attività che la contraddistinguono.

Vediamo in Italia come vengono utilizzate le fonti di energia per produrre energia elettrica.

Minitest pag. 310

I COMBUSTIBILI

LA LEGNA

I CARBONI FOSSILI: origine e classificazione

TIPO DI CARBONE % di carbonio Potere calorifico

(kcal/kg)

TORBA 55 3.000

LIGNITE 75 5.000

LITANTRACE 85 7.500

ANTRACITE 95 8.500

I CARBONI FOSSILI: estrazione, utilizzo e problematiche ambientali

Minitest pag. 314

IL PETROLIO

Minitest pag. 318

Minitest pag. 321

Minitest pag. 322

IL GAS NATURALE

IL GPL

LA CENTRALE TERMOELETTRICA

(attività in classe)

LA CENTRALE A TURBOGAS

(attività in classe)

LA CENTRALE A CICLO COMBINATO

(attività in classe)

LA CENTRALE TERMOELETTRICA

LA CENTRALE A TURBOGAS

ENERGIA CHIMICA

•All’interno della caldaia l’energia chimica del combustibile diventa energia termica.

ENERGIA TERMICA

•L’energia termica trasformal’acqua in vapore, che si muovead alta velocità, quindi congrande energia cinetica

ENERGIA CINETICA

•L’energia cinetica del vaporefa muovere le pale dellaturbina, che, a loro volta,mettono in funzionel’alternatore

ENERGIA MECCANICA

•L’energia meccanicaprodotta dalle turbine viene trasformata in energia elettricadall’alternatore.

ENERGIA ELETTRICA

ENERGIA CHIMICA

•All’interno della camera di combustionechimica del combustibile diventa energiatermica e cinetica.

ENERGIA CINETICA

•L’energia cinetica della miscela famuovere le pale della turbina, che,a loro volta, mettono in funzionel’alternatore

ENERGIA MECCANICA

•L’energia meccanicaprodotta dalle turbine vienetrasformata in energiaelettrica dall’alternatore.

ENERGIA ELETTRICA