Prof.ssa Carolina Sementa
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I PROBLEMI ENERGETICI
-in passato: energia abbondante: sviluppo e benessere;
- in futuro: • energia carente, • popolazione crescente, • problemi ambientali
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Fonti e forme di energia
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Lavoro ed Energia
 Intorno a noi, esiste una vasta serie di fenomeni nei quali sono strettamente connessi 2 “concetti”
importanti il Lavoro e l’ Energia …
 1)Noi ci muoviamo e riusciamo a compiere dei lavori grazie all’energia muscolare che ci viene fornita dal
cibo.
 2)La barca naviga veloce sulle onde spinta dall’ Energia del vento
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3)La ruota gira e mette in funzione il mulino grazie all’Energia dell’acqua, che
scende a valle impetuosa
L’uomo,il vento e l’acqua,compiono un lavoro in quanto sviluppano una forza in
grado di effettuare uno spostamento.
Il concetto di lavoro è infatti legato al movimento: si produce un lavoro quando
applicando una forza a un corpo si ottiene uno spostamento del corpo stesso
Non c’è lavoro se non c’è spostamento.
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Principio di conservazione dell’energia
L’energia non si può né creare né distruggere ma solo convertire in
un’altra forma di energia. Tutte le forme di energia possono essere
trasformate le une nelle altre.
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Energia potenziale e cinetica
 L’Energia viene suddivisa in 2 parti:
 Cinetica e potenziale(o viceversa).
 Il sasso tenuto in mano a una certa
altezza dal suolo non compie alcun
lavoro. Però se cadesse
sull’estremità di un asse sarebbe in
grado di far saltare “il libro “ posto
sull’altra estremità. Il sasso ha
quindi in sé la possibilità di compiere
un lavoro cioè:Energia.
 Tale energia non viene acquisita
finché il sasso non cade.
Quest’energia viene
chiamata:Energia potenziale.
 Cadendo il sasso acquista l’energia
necessaria. Diciamo quindi che esso
possiede un Energia cinetica (Dal
greco kinesis,”movimento”).
 L’Energia potenziale (Ep)è quindi
l’energia posseduta da un corpo in
quiete,dipendendo dalla sua
posizione.
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Le varie forme di energia
 L’energia potenziale e l’energia cinetica sono i due aspetti dell’ Energia
meccanica, di un corpo;ma esistono altre forme sotto cui si manifesta
l’energia,intesa come capacità di compiere lavoro.
 Energia muscolare/energia chimica/energia eolica/energia idrica/energia
nucleare
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L’energia muscolare
 L’energia muscolare ci permette di compiere i vari movimenti,ed’è anche quella
posseduta degli animali da lavoro che l’uomo ha sempre sfruttato.
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Il primo anello di tutta l’energia
 L’energia meccanica della bicicletta deriva dall’energia muscolare del nostro
corridore, quest’energia proviene dall’energia chimica degli alimenti che il
corridore ha mangiato a colazione. Come ricorderai, l’energia chimica degli
alimenti proviene direttamente o indirettamente dal processo di fotosintesi
clorofilliana che si compie grazie all’energia solare. Questo percorso può essere
effettuato per ogni tipo di energia. Questo processo viene chiamato:catena
energetica che ha come primo anello l’Energia solare.
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L' energia solare è la fonte primaria di energia sulla Terra che rende possibile la vita. L'energia
solare è infatti quella normalmente utilizzata dagli organismi autotrofi, cioè quelli che eseguono la
fotosintesi, detti anche "vegetali" (da cui derivano i combustibili fossili); gli altri organismi viventi
sfruttano invece l'energia chimica ricavata dai vegetali o da altri organismi che a loro volta si nutrono
di vegetali e quindi in ultima analisi sfruttano anch'essi l'energia solare, seppur indirettamente.
Da essa derivano più o meno direttamente quasi tutte le altre fonti energetiche disponibili all'uomo
quali i combustibili fossili, l'energia eolica, l'energia del moto ondoso, l'energia idroelettrica, l'energia
da biomassa con le sole eccezioni dell'energia nucleare, dell'energia geotermica e dell'energia delle
maree.
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L’energia chimica
 L’Energia chimica è posseduta in alcune sostanze quali la legna,la benzina o il
carbone che sono in grado ,bruciando di mettere in moto i vari mezzi di
locomozione.
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L’energia termica
 L’energia termica è il calore che riesce a far sollevare il coperchio di una
pentola o di far funzionare una macchina a vapore.
E’ una forma di energia che si manifesta in diversi modi:
 l’azione diretta dei raggi del sole
 la combustione ovvero la reazione chimica tra un combustibile e
l’ossigeno dell’aria
 l’azione del calore endogeno della Terra
 La reazione nucleare
Uno tra i suoi più importanti impieghi è la produzione di energia
elettrica in appositi impianti detti centrali termoelettriche
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L’energia elettrica è quella che fa funzionare i nostri elettrodomestici e fa
illuminare le nostre case. Si manifesta attraverso l’azione della corrente
elettrica ovvero dei suoi effetti: fisico, luminoso, termico, magnetico, chimico
E’ una forma di energia secondaria perché
si ottiene trasformando altre forme di
energia primaria quali:
 Energia termica
 Energia idrica
 Energia eolica
 Energia nucleare
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Fonti energetiche
 Tutto ciò che può fornire energia con cui produrre lavoro è detto “Fonte
d’energia”.
Fonte primaria di energia è il SOLE,ma sono fonti di energia anche(il petrolio,il
carbone,il gas naturale),l’acqua,il vento,il calore interno della terra,il mare e la
biomassa.
Alcune di queste fonti sono destinate a esaurirsi in tempi più o meno lunghi e
vengono dette “Fonti di energia non rinnovabili”
Altre sono praticamente inesauribili e vengono dette “Fonti di energia
rinnovabili”.
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FONTI PRIMARIE E SECONDARIE
La prima classificazione che deve essere fatta per le fonti di energia è tra le fonti di
energia primarie e le fonti di energia secondarie.
Si dicono primarie se sono utilizzabili direttamente, così come si trovano in natura. Sono fonti
primarie il carbone, il petrolio, il gas naturale, la legna, i combustibili nucleari, il sole, il vento,
le maree, i laghi montani e i fiumi e il calore della Terra che fornisce energia geotermica.
Sono secondarie quelle che derivano dalla trasformazione di fonti d'energia primaria: ad
esempio, la benzina, che deriva dal trattamento del petrolio grezzo e l'energia elettrica
ottenuta dalla conversione di energia meccanica o chimica o nucleare .
L'energia elettrica viene prodotta attraverso le centrali elettriche, appositi impianti in grado di
convertire energia primaria in energia elettrica. Per ogni fonte energetica è importante
considerare tre aspetti fondamentali: la disponibilità, i costi, la protezione dell'ambiente.
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Le fonti non rinnovabili
 La maggior parte dell’energia sfruttata dall’uomo viene ricavata dalla
combustione del carbone,del petrolio e del gas naturale.
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Sono materie prime che attraverso la combustione forniscono energia
termica
PETROLIO
GAS NATURALE
CARBONE FOSSILE
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Milioni di anni fa molte foreste furono sepolte da fango,
LIGNITE
sabbia, argilla. Senza ossigeno il legno si trasformò in carbon
fossile.
Il carbone fossile è dunque una roccia sedimentaria
combustibile, contenente carbonio: è duro, di colore
nero, più o meno lucente; è molto inquinante.
LITANTRACE
Quando brucia, infatti, produce anidride carbonica e
ossido di carbonio, due gas altamente tossici.
Noi conosciamo diversi tipi di carbone:
lignite, litantrace, antracite. In Europa i
maggiori giacimenti si trovano in: Russia,
Inghilterra, Germania, Francia, Belgio.
ANTRACITE
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Petrolio
• La parola petrolio deriva dal latino: petra (pietra) ed oleum: (olio)
quindi olio di pietra.
 Liquido oleoso,miscuglio di vari
idrocarburi,formatosi dalla decomposizione
di resti organici,animali e vegetali in
ambiente marino.
 Si estrae
da pozzi in terraferma o in mare, in
seguito a due processi:
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1. Trivellazione: per raggiungere il
deposito sotterraneo di petrolio, si
perfora il terreno con una specie
d’enorme trapano: esso è formato da
un grosso e robusto scalpello
d’acciaio, applicato all’estremità di
un’asta metallica.
2. Raffinazione: il petrolio
viene lavorato nelle
raffinerie, dove si
separano le parti del
petrolio: olio
combustibile, gasolio,
kerosene, benzina,
paraffina. Tra i paesi
maggiori produttori di
petrolio troviamo:
Arabia Saudita, Iraq,
Iran, Kuwait e alcuni
stati del nord Africa
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Gas naturale
 Combustibile gassoso fossile costituto da un atomo di carbonio e quattro
d’idrogeno,essenzialmente metano originato dalla decomposizione di residui organici,animali o
vegetali. è incolore, inodore e produce una fiamma azzurrognola Si estrae tramite impianti di
perforazione e pompaggio. I paesi con le maggiori riserve di metano sono la Russia, l’Iran e i
paesi Arabi.
 Ha le caratteristiche di essere abbondante in natura, economico e soprattutto pulito: non
produce scorie, ceneri; i prodotti inquinanti sono minimi
 L’energia termica che si ottiene bruciando questi combustibili viene opportunamente
trasformata in energia elettrica nelle Centrali termoelettriche
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LE ENERGIE ALTERNATIVE
Le energie alternative sono fonti d’energia diverse dai combustibili fossili già presenti in
natura, sono rinnovabili e sono utilizzate nelle centrali elettriche.
Le energie principali sono:
 Solare
 Idroelettrica
 Eolica
 Geotermica
 Biomasse
Le centrali principali sono:
 Centrale solare
 Centrale idroelettrica
 Centrale eolica
 Centrale geotermica
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L’energia del sole produce Energia termica, che raggiunge la Terra
dopo avere attraversato lo spazio. Solo una piccola parte di questa
energia diviene realmente disponibile per sostenere la vita sul nostro
pianeta, e una frazione ancora più modesta è usata dall'uomo per i suoi
fabbisogni.
L'energia solare è una fonte energetica ideale per pulizia e rinnovabilità, ma pone
problemi perché non è sempre disponibile (in seguito ai fenomeni atmosferici e stagionali)
ed ha una scarsa concentrazione per unità di superficie.
L'energia solare può essere convertita in calore attraverso i pannelli solari, che
riscaldano a temperatura relativamente bassa (inferiore a 100 °C) l'acqua usata per usi
igienici e per il riscaldamento. Può essere convertita anche in energia elettrica attraverso
appositi impianti: le centrali eliotermoelettriche o solari
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Nella centrale solare si converte l’energia
termica del sole in energia elettrica. La luce
solare viene concentrata tramite specchi su
un fluido che, così riscaldato, produce
vapore in uno scambiatore di calore. Il
vapore poi aziona la turbina che fa girare
l’alternatore. Si ottiene così la produzione di
energia elettrica
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Pannelli solari..x uso domestico
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L’uso più antico dell’energia idrica è quello relativo al
movimento della ruota idraulica, usata dapprima
nell'antica Grecia e successivamente adottata nella
maggior parte dell'Europa antica e medievale per la
macinazione del grano. Attualmente si sfrutta
l’energia idrica per produrre energia elettrica in
apposite centrali: l’energia di caduta dell’acqua fa
girare una turbina idraulica che accoppiata a un
alternatore permette la produzione dell’energia
elettrica . Gli impianti idrici vengono sfruttati nelle
zone in cui ,grazie a una particolare struttura
idrogeologica ,si ha una costante disponibilità di acqua
e la possibilità di costruire dighe e bacini.
Modello di centrale idroelettrica
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L’energia eolica
 L’energia eolica è quella del vento che permette alle pale del mulino di girare,è la più
sfruttata anche per produrre energia elettrica. L’uso tradizionale dell’energia del vento
è stato quello relativo al movimento delle imbarcazioni a vela e alla rotazione delle pale
dei mulini a vento. Gli impianti (aeromotori)per captare l’energia eolica necessitano di
un vento che spiri con una velocità non inferiore a 10 km /h
Per questo motivo lo sfruttamento dell’energia eolica è molto limitato ed è
conveniente solo nelle zone molto ventose. La più grande centrale eolica si
trova nel deserto della California. Attualmente in Italia sono in costruzione
impianti per lo sfruttamento dell’energia eolica solo in Sardegna e in Molise
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Centrali geotermiche e idrotermali
 Il calore interno della terra rappresenta un’altra forma di energia. In certe zone,per
esempio,si ha fuoriuscita spontanea dal suolo di getti di vapore acqueo molto
caldi(soffioni) che possono essere impiegati direttamente nelle centrali geotermiche o
idrotermali. In Italia lo sfruttamento dell’energia geotermica è abbastanza diffuso.(la
più grande centrale geotermica italiana si trova a Larderello in Toscana.)
I territori geotermici
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Energia da biomasse
 La produzione di energia da biomasse riveste una grande importanza dal punto di
vista ecologico in quanto,oltre a fornire energia, consente lo smaltimento di rifiuti
spesso molto inquinanti. Dal letame e da altri rifiuti organici è infatti possibile
rilevare il Biogas.
 Il procedimento di trasformazione delle biomasse avviene per decomposizione in
appositi digestori.
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L’energia nucleare
 L’energia nucleare è la potente e temuta energia liberata dalle reazioni all’interno
dell’atomo dell’uranio 235, che è un metallo bianco-argenteo, tossico e radioattivo
 Nel settore civile il principale impiego dell'uranio è l'alimentazione dei reattori delle
centrali elettronucleari
 La principale applicazione militare dell'Uranio è quella relativa alla costruzione delle
bombe atomiche
Per ricavare energia dall’ uranio esistono due procedimenti:
 FISSIONE: divisione del nucleo dell’uranio (pesante)
 FUSIONE: unione dei nuclei dell’idrogeno (leggeri)
Per ridurre le emissioni radioattive si è pensato di
costruire dei reattori nucleari di III generazione, più
economici e sicuramente più “puliti”.
Di recente sono stati creati dei prototipi di reattore
nucleare di III+ generazione, basati su quelli di III.
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 L’energia nucleare di fissione viene prodotta bombardando con neutroni il nucleo
dell’atomo dell’uranio 235. Dallo scontro emergono altri neutroni che urtano con altri
nuclei di uranio provocando nuove fissioni e quindi una reazione a catena. Dalla reazione
a catena viene sprigionata una enorme quantità di energia termica.
 Una reazione a catena incontrollata dà origine a un fenomeno esplosivo;l’energia
prodotta si libera infatti in modo distruttivo,come nel caso della bomba atomica .Per
utilizzare l’energia nucleare a scopi pacifici è necessario controllare il processo;è ciò
che avviene nei reattori nucleari che alimentano le centrali termonucleari o atomiche.
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La reazione nucleare può essere controllata
facendo ricorso a un impianto detto: “reattore
nucleare”, il calore prodotto dalla reazione di
fissione nucleare dell’ uranio viene utilizzato
per produrre vapore sotto pressione Il vapore
fa girare una turbina a vapore che a sua volta
aziona l’alternatore. In questo modo l’energia
nucleare viene trasformata in energia elettrica
 Lo sfruttamento dell’energia nucleare,pone seri e gravi problemi all’ambiente e alla vita
stessa.
 Durante le reazioni di fissione vengono prodotte scorie radioattive di lunga durata.
 Nonostante le centrali nucleari siano dotate di sofisticati dispositivi di sicurezza,posso
accadere incidenti che causano dispersione di radiazioni pericolose per l’uomo e per
l’ambiente.
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Se la reazione nucleare non viene controllata si ottiene una bomba atomica con
conseguenze disastrose, come accadde in Giappone a Hiroshima e Nagasaki, in seguito alla
sganciamento di due ordigni nucleari da parte degli americani, alla fine della seconda guerra
mondiale
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