L’ ENERGIA

Settimana della Scienza 2008

Classi Quinte del Circolo 105°

Il SoleIl sole invia alla terra 40000 miliardi di calorie al secondo:La parte più importante dell’energia del sole viene dispersa

nello spazio come luce riflessa o come calore assorbito dalle rocce e poi riemesso nello spazio sotto forma di radiazioni. (75%)

La fotosintesi clorofilliana cattura una caloria ogni 4000 e la immagazzina ogni secondo nelle sostanze organiche sotto forma di energia chimica.

L’energia catturata dalle foreste del carbonifero è ancora oggi imprigionata nei giacimenti di carbon fossile o di petrolio.

Una gran parte dell’energia solare (25%)alimenta la circolazione atmosferica ed il ciclo dell’acqua e viene immagazzinata nelle nuvole, nei ghiacciai ed in tutte le acque.

L’agricoltura

Attraverso la coltivazione e l’allevamento, l’uomo sfrutta la capacità delle piante (fotosintesi clorofilliana) di trasformare la luce del sole in sostanze nutritive per se stesse, che poi diventano alimenti per gli animali e per l’uomo, che si nutre sia dei vegetali che degli animali.

Energia e cibo

Le parti del nostro corpo devono essere rifornite di energia per svolgere le loro funzioni.

La nostra fonte di energia è il cibo.

Con la digestione gli alimenti diventano sostanze semplici che le cellule possono utilizzare.

L ‘apparato circolatorio provvede a trasportare queste sostanze ad ogni cellula.

L’ossigeno trasforma le sostanze nutritive in energia.

Gli alimentiGli alimenti contengono sostanze capaci di produrre energia,che serve a:

far funzionare il corpo; produrre un lavoro;

Gli alimenti sono:• plastici: costruiscono il corpo e lo mantengono

– proteine, – acqua, – sali minerali;

• regolatori: mantengono ed aiutano le funzioni del corpo– vitamine

• energetici: forniscono energia per svolgere un lavoro– grassi – zuccheri.

La Digestione

La digestione

• e’ il processo chimico che trasforma gli alimenti da complessi a semplici, da solidi a liquidi così da poter essere assorbiti nel sangue e raggiungere tutti gli organi del corpo.

• il percorso digestivo inizia nella bocca, con la masticazione e insalivazione (ptialina) ,continua nello stomaco (acido cloridrico) e nell’intestino.

• il passaggio delle sostanze nutritive al sangue (processo di assorbimento) trasformerà le sostanze in sangue, carne ed ossa.

Il cibo

Fornisce le sostanze per:

• Crescere

• Rigenerare cellule

• Generare nuove cellule

• Produrre energia

I principi nutritivi

Svolgono funzioni diverse:• Proteine o “nutrienti plastici”

servono per nutrire e costruire nuove cellule o riparare i tessuti danneggiati

• Carboidrati e grassi o “nutrienti energetici”forniscono energia

• Vitamine, Sali minerali e acqua sono nutrienti regolatori delle diverse attività dell’organismo

Gli alimenti plastici

Le proteine di origine animale si trovano nelle carni, nel pesce, nel latte e nei formaggi, nelle uova.

Le proteine di origine vegetale provengono dai legumi: ceci, fagioli, piselli, fave e lenticchie

Gli alimenti energetici

I carboidrati (o zuccheri) sono di origine vegetale a esclusione del miele: ci vengono forniti dai cereali (grano, mais orzo etc.), dalle patate, dalle barbabietole, dalla frutta.

I grassi di origine animale sono il burro, lo strutto, il lardo e anche la carne ed il latte ne contengono.

I grassi di origine vegetale sono ottenuti dalle olive o dai semi di mais, di girasole o di soia; anche la frutta secca contiene oli.

Gli alimenti regolatori

Frutta e verdura sono gli alimenti più ricchi di vitamine, ma anche il latte, le uova, la carne e i cereali ce le forniscono.

I Sali minerali sono contenuti in piccolissime quantità in tutti gli alimenti.

Anche l’acqua è presente in quasi tutti gli alimenti; il nostro organismo deve riceverne in grandi quantità ed è necessario assumerla come bevanda

La forza ed il lavoro

Per gli scienziati l’energia è la capacità di compiere unlavoro.Nel linguaggio scientifico parliamo di lavoro tutte le volteche un corpo si muove sotto l’azione di una forza.La parola forza, in scienze, non significa potenza.Quando si esercita una forza?• Quando un corpo fermo viene mosso;• Quando un corpo in movimento viene deviato o fermato;• Quando la forma di un corpo viene modificata.Esistono varie forme di energia ed essa può passare dauna fonte all’altra, infatti si dice che l’energia non si crea enon si distrugge, ma si trasforma.

Energia muscolare

I muscoli per poter funzionare hanno bisogno di ossigeno e zuccheri, queste sostanze vengono trasportate ai vari muscoli attraverso la circolazione del sangue.

Quando i muscoli lavorano producono calore perché la circolazione del sangue accelera per portare il nutrimento necessario per poter compiere il movimento.

Nel nostro corpo ci sono alcune leve:• la testa,• il braccio,• il piede,• ogni tipo di articolazione.

Energia intorno a noiLe risorse energetiche si possono raggruppare in:

Fonti non rinnovabili:

(energie derivabili da combustibili fossili)

•il petrolio,

•il carbone,

•il metano.

La disponibilità è limitata.

Energia Nucleare Fonti rinnovabili:

(energie derivate da forze naturali)

•la caduta dell’acqua,

•il vento,

•la luce solare.

Energia pulita: le fonti rinnovabili

• L’energia idrica

• L’energia eolica

• L’energia solare

• L’energia geotermica

Energia idricaLo sfruttamento del’energia idrica, cioè della forza

dell’acqua, risale all’antichità.(Mulini)

Oggi la forza dell’acqua viene sfruttata per mezzo delle centrali idroelettriche, che trasformano l’energia di una caduta d’acqua in energia elettrica.

L’energia che possiede l’acqua di una diga è capace di produrre un lavoro meccanico se viene convogliata in una turbina.

Energia idrica

Energia eolica

L’energia eolica è prodotta dalla forza del vento.

Un tempo veniva sfruttata per la navigazione e per macinare il grano, a questo scopo si costruivano i mulini a vento.

Oggi, nei luoghi ventosi, si costruiscono delle centrali formate da tralicci dotati di grandi eliche.

L’energia eolica, come quella solare, è considerata inesauribile e pulita.

La centrale eolica

ENERGIA EOLICA

• È il prodotto della conversione dell’energia cinetica del vento in altre forme di energia, soprattutto quella elettrica.

• La trasformazione avviene in una centrale eolica.

• Nel passato questa energia veniva utilizzata immediatamente, sul posto dove veniva prodotta( mulini a vento)

Impianti eolici

• Gli impianti eolici sono semplici e poco costosi,necessitano solo di 4 settimane di lavoro per essere impiantati.

• Devono essere costruiti in luoghi ben ventilati, vengono messi dei pali con delle turbine che producono 3-4-mega watt al giorno( sufficiente per un piccolo paese).

• I generatori possono essere sia orizzontali che verticali

Energia solare

L’energia solare è un’energia “pulita” perché non inquina l’ambiente.

L’uomo sta cercando di sfruttarla attraverso i pannelli solari. Questi possono catturare l’energia del sole e trasformarla in energia elettrica.

Energia solare

Energia geotermica

L’energia geotermica è l’energia che proviene dalle profondità della Terra sotto forma di calore e si manifesta con getti e bacini d’acqua calda.

La centrale geotermica

La centrale geotermica

carbone o petrolio

gas

L’energia fotovoltaicaIl generatore fotovoltaico produce energia dove serve, non necessita di alcun

combustibile, non richiede praticamente manutenzione, offre il vantaggio della realizzazione di “impianti su misura” secondo le reali necessità.

E’ ormai evidente come negli ultimi anni abbiano trovato larga diffusione commerciale, tanto che ne vediamo molti sui tetti delle case o accanto ad impianti di ogni genere, e sono preziosi soprattutto in quei casi in cui risulterebbe costoso portare le linee elettriche.

Quelli delle nostre case, ad esempio, sono dei piccoli impianti collegati alla rete elettrica.

Generatore fotovoltaico

Campi di applicazione

• Campi d’applicazione:• Pompaggio dell’acqua in agricoltura;• Servizi sanitari nei paesi in via di sviluppo

(conservazione del sangue);• Illuminazione di segnali stradali;• Carica di batterie;• Segnalazioni incendi;• Illuminazione in generale (scuole, case, ospedali, rifugi,

fattorie);• Alimentazioni di ripetitori radio e trasmissione dati sismici

e metereologici.• Tali sistemi richiedono sistemi di accumulo che

garantiscono l’energia anche di notte.

Il termovalorizzatoreUn impianto di termovalorizzazione è costituito

da una camera di post-combustione, da una caldaia per il recupero del calore generato dalla combustione.

I fumi prodotti vengono trasferiti in una camera di post-combustione. Infine i fumi nella caldaia cedono il calore trasformando l’acqua in vapore.

L’energia del vapore può essere utilizzata per autoalimentare l’impianto.

Come si produce l’elettricità

L’elettricità è il tipo di energia più utilizzato.

L’elettricità che arriva nelle nostre case viene prodotta da una centrale idroelettrica, dalla centrale viene trasportata anche da molto lontano con una serie di cavi e viene distribuita a tutte le case, gli uffici, le scuole.

CENTRALE IDROELETTRICA

Turbina ad azione• Getto dell’acqua

libero• Pressione

atmosferica dai 20 ai 100 - 150m

Turbina a reazione• Getto dell’acqua

sottoposto a pressione indotta

• Aumenta del 20-30%l’energia potenziale dell’acqua

• Fino a 60 m

La centrale idroelettrica

centrale

Stazione di trasformazione

Cabina primaria

Cabina secondaria scuola

Percorso dell’elettricità

Schema di funzionamento

• La presa dell’acqua può essere: un fiume, un lago,un invaso

• La condotta forzata porta acqua alla centrale

• Nell’edificio della centrale c’è la turbina idraulica che è collegata al generatore: la turbina viene fatta girare dall’acqua, il movimento si trasmette al generatore che produce energia elettrica.

TURBINA PELTON• Funziona per salti naturali o artificiali superiori a

60m• L’acqua passa due volte sulle pale prima di

essere convogliata nello scarico• Il getto dell’acqua è libero,ma convogliato in una

strettoia• Le acque vengono turbinate dopo un salto di

126m e restituite al torrente.• L’impianto è automatico.• Trasforma l’energia potenziale dell’acqua in

energia cinetica(velocità)

Turbina Pelton a 4 getti

TURBINA FRANCIS

• Viene impiegata in corsi d’acqua di media portata e con dislivelli compresi fra 20 e 60 metri

• L’acqua giunge nella chiocciola attraverso le condotte in pressione

• La chiocciola imprime un moto centripeto all’acqua che a sua volta fa muovere le pale della girante

TURBINA FRANCIS

Interno della turbina Francis

TURBINA CROSS-FLOWad azione e reazione

• Flusso incrociato: l’acqua entra nella turbina attraverso un distributore e passa una prima volta nella ruota

• All’interno della girante il flusso cambia direzione e ripassa un’altra volta per uscire

• E‘ robusta e richiede poca manutenzione, si può usare anche dove c’è poca acqua

Turbina cross-flow

TURBINA KAPLAN

• È una turbina idraulica, funziona a piccoli dislivelli fino a qualche decina di metri, ma con grandi portate d’acqua

• Si possono orientare le pale della girante e si può adattare alla portata d’acqua

Turbina di Kaplan