Lavoro ed Energia
L’energia si presenta in natura sotto forme diverse
OBIETTIVO: presentare le varie forme particolari
mediante il concetto di
LAVORO
Energia e sue Trasformazioni
Il Lavoro
Linguaggio Quotidiano
Linguaggio Fisico
Attività come correre,
saltare, tirare un pallone
sono giocare
Si compie molto
Attività come studiare,
leggere, scrivere sono
un modo di lavorare
Lavoro
Si compie ben poco
Lavoro
Energia e sue Trasformazioni
Il Lavoro
Cosa è il Lavoro per la Fisica ?
Esercitare una forza su un corpo mentre si
muove nella stessa direzione della forza
Energia e sue Trasformazioni
… dall’Origine
Energia e sue Trasformazioni
Energia Cinetica
Qual è l’effetto cumulativo di una forza nello spazio?
Il Lavoro di una forza risultante è uguale alla
variazione della Energia
Cinetica
Energia
posseduta dai
corpi in
movimento
Energia e sue Trasformazioni
Energia del Vento
Anemometro: :
Moltiplicatore
Misura la la
velocità
Trasforma
del ventolenta delle
rotazione
pale fino a 1500
Aerogeneratore
Alternatore
giri/m
percon
muovere
Funziona
un :
Converte
l’alternatore
vento
da 10 a 60 km/h
energia
Produce
500-600 kW
meccanica in
elettrica
Energia e sue Trasformazioni
Energia Eolica
Germania in testa
con 4000 MW
Italia al 5° posto
con 280 MW
La stessa produzione
con
centrale
Unauna
fattoria
del a
carbone
emetterebbe
vento può
produrre
nell’atmosfera
fino a 20 milioni di
22000
t di CO2,
kW all’anno,
125
t di anidride
sufficienti
per 7000
solforosa
famiglie.
43 t di ossido di azoto
Energia e sue Trasformazioni
Energia Potenziale
Lavoro = aumento di energia cinetica
Sempre?
Non nel caso in cui si solleva un corpo
Vi è un’energia che
dipende dall’altezza
rispetto al suolo, legata
all’attrazione terrestre
Energia e sue Trasformazioni
Energia Potenziale
Energia immagazzinata sfruttabile
Energia e sue Trasformazioni
L’Energia si Conserva
Forze conservative
Il passaggio
da EP a EC
e viceversa
avviene in
modo che la
loro somma
si mantenga
costante
Energia e sue Trasformazioni
… e con l’Attrito ?
Come mantenere la conservazione dell’Energia ?
L’energia
trasformata non
sembra essere
uguale a quella
iniziale.
Parte della EC si trasforma in Calore
Energia e sue Trasformazioni
Il Calore
Il legame tra Lavoro e Calore si è sviluppato con
le conoscenze empiriche attraverso i secoli
Motore di Newcomen
(1702)
L’uomo addomestica
il fuoco
Macchine a vapore
(XIX secolo)
Energia e sue Trasformazioni
Il Calore della Terra
Energia e sue Trasformazioni
Energia Geotermica
Impianto geotermico di
Valle Secolo
La risorsa
geotermica è
costituita da acque
sotterranee che, a
contatto con rocce
ad alte temperature,
si riscaldano.
È sfruttata per
riscaldare case e
serre
Energia e sue Trasformazioni
Calore dal Sole
L’energia del Sole si
può facilmente
convertire in calore.
Floricoltori e
agricoltori da tempo
sfruttano il fenomeno
nelle serre.
Un pannello solare
Energia e sue Trasformazioni
Energia Termica
Il Calore era pensato come un fluido nei corpi. Alla
fine dell’800 si dimostrò che è una forma di Energia
Gas, liquidi e solidi
sono formati da atomi
e molecole.
La somma di tutte le
energie cinetiche delle
singole particelle è
l’Energia Termica
Energia e sue Trasformazioni
Termica – Elettrica
Una centrale trasforma l’energia termica generata
dalla combustione in energia meccanica, che è poi
trasformata in energia elettrica
In Italia la
componente
termoelettrica
rappresenta circa
l’80% del totale
Energia e sue Trasformazioni
Energia dei Sistemi
Biologici
Tutti gli esseri viventi
necessitano di energia
per vivere.
Essa proviene dal cibo
Energia e sue Trasformazioni
Energia Chimica
Dovuta ai legami
esistenti fra atomi
e molecole che
compongono
alimenti,
combustibili,
esplosivi, e che
sono detti
legami chimici.
Energia chimica nel cibo
Frutta, verdura
Molto bassa
Latte
Bassa
Carne
Media
Cereali
Alta
Oli, grassi
Energia e sue Trasformazioni
Molto alta
Energia Chimica
I Combustibili
La reazione è detta Ossido-Riduzione
Sostanze che
reagendo
chimicamente
con un
comburente
rilasciano
energia
La reazione si propaga lentamente
Energia e sue Trasformazioni
Energia Chimica
Gli Esplosivi
È una sostanza
o miscela che
subisce una
trasformazione
chimica
repentina in
assenza di
ossigeno
dall’esterno
La reazione si
propaga con
grande rapidità,
accompagnata da
una emissione di
energia,
soprattutto
meccanica
Energia e sue Trasformazioni
Energia Chimica
Walkman, orologi, cellulari,
pace-maker, motori di
avviamento di auto e motorini
sono alimentati da pile o da
accumulatori.
La Pila di Volta
Forniscono energia elettrica a
spese dell’energia chimica,
attraverso reazioni chimiche
che avvengono al loro interno
Energia e sue Trasformazioni
Energia Elettrica
Un’altra proprietà dei corpi : LA CARICA
Esistono solo due tipi di carica elettrica
Due corpi dotati della stessa carica si respingono
Due corpi dotati di carica opposta si attraggono
Energia e sue Trasformazioni
Energia Elettrica
È associata alla forza che si esercita tra corpi
carichi. Nell’attrarsi ( o respingersi) le cariche
accelerano, acquistando energia cinetica
In un circuito elettrico le
cariche si muovono da un
capo all’altro formando la
corrente elettrica
Energia e sue Trasformazioni
Energia Elettrica
Ormai indispensabile per la nostra vita quotidiana
È usata per:
illuminare
e far
funzionare
le città
Luce notturne delle città del mondo
Energia e sue Trasformazioni
Energia Elettrica
Ormai indispensabile per la nostra vita quotidiana
È usata per:
Far funzionare
elettrodomestici,
la TV e le
telecomunicazioni
Energia e sue Trasformazioni
Consumi di Energia
L’incremento nel consumo di energia
elettrica fu dovuto all’invenzione della
lampadina da parte di Edison (1876)
Elettrodomestico Potenza Media
Scaldabagno
1500 – 4000 watt
Lavatrice
300 – 800 watt
Frigorifero
200 – 500 watt
PC
20 –200 watt
Lampada di Edison
Energia e sue Trasformazioni
Energia Magnetica
Le proprietà delle calamite e l’orientazione costante
N/S dell’ago della bussola sono manifestazioni della
esistenza dell’energia magnetica
Elettricità e magnetismo
sono strettamente legati:
Un filo percorso da
corrente è in grado di
orientare una bussola.
Questo principio è alla
base dei motori elettrici.
Energia e sue Trasformazioni
En. Elettromagnetica
Un campo elettrico variabile nello spazio genera un
campo magnetico
Un campo magnetico variabile nello spazio genera
un campo elettrico
La fluttuazione dei campi elettrici e magnetici
concatenati si propaga nello spazio sotto
forma di un’onda
Energia e sue Trasformazioni
Onde Elettromagnetiche
La luce è la forma più nota
di energia elettromagnetica.
Si sposta anche nel vuoto
Ci sono molte altre forme,
non visibili dai nostri occhi:
• Raggi X
• Raggi ultravioletti
• Raggi Infrarossi
• Micro e radio onde
Energia e sue Trasformazioni
Raggi X
Scoperti da Röntgen nel 1895
Sono utilizzati per esplorare
l’interno del corpo umano
la struttura interna dei metalli
L’analisi elementare dei materiali
Wilhelm Röntgen
Energia e sue Trasformazioni
Energia dal Sole
Intensità energia
elettromagnetica in ogni istante
1000 Watt/m2
In Italia l’irraggiamento medio è
4,5 kWh/m2/giorno
Energia e sue Trasformazioni
Energia dal Sole
Le celle fotovoltaiche trasformano l’energia solare in
energia elettrica usando materiali semiconduttori
Energia e sue Trasformazioni
Energia dal Sole
Esempi Applicativi
Casa autosufficiente
Centrale di Monte
Aquilone
Energia e sue Trasformazioni
Micro e Radio Onde
Dati recenti dimostrano che non c’è evidenza di
danni provocati da campi EM a bassa frequenza (50
Hz) o da emissioni a radiofrequenza dei telefonini,
oltre un certa “distanza minima”
Antenna per cellulari
Energia e sue Trasformazioni
Energia Nucleare
Deriva dalla rottura e ricomposizione dei
legami fra i protoni e i neutroni che formano i
nuclei atomici.
E=
2
mc
La massa è
una forma di energia
Energia e sue Trasformazioni
Fusione Nucleare
Le stelle sono i principali motori ad energia
nucleare
Nel Sole, in ogni
secondo, 560 milioni
di tonnellate di
idrogeno si
trasformano in elio,
liberando un’energia
di 3,8 x 1023 kJoule
Energia e sue Trasformazioni
Energia del Futuro ?
Un reattore basato
sulla fusione nucleare
Deve raggiungere
temperature fino a
100 milioni di gradi
Schema di reattore tokamak
Energia e sue Trasformazioni
Fissione Nucleare
Un neutrone lento urta un atomo di uranio e lo
spezza in due nuclei di dimensioni circa uguali
1 +
235 
n
U
0
92
La fissione di 1
grammo di
Uranio fornisce
energia come 2
ton. di petrolio
141 +
92 +3 n1
Ba
Kr
56
36
0
Energia e sue Trasformazioni
Era Atomica
Nel 1942, Enrico Fermi
realizza il primo reattore
nucleare a fissione.
Inizia così
l’era atomica
Energia e sue Trasformazioni
Reattori Nucleari
Le barre di uranio emettono calore e scaldano
l’acqua. Il vapore in pressione alimenta la
turbina per produrre energia elettrica
Energia e sue Trasformazioni
Reattori e Bombe
Il 16 luglio 1945 viene sperimentata la prima
bomba “atomica” nel deserto del Nevada.
Il 6 agosto 1945 una bomba distrugge Hiroshima
Energia e sue Trasformazioni