L’ ENERGIA
Settimana della Scienza 2008
Classi Quinte del Circolo 105°
Il Sole
Il 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 alimenti
Gli 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 un
lavoro.
Nel linguaggio scientifico parliamo di lavoro tutte le volte
che 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 da
una fonte all’altra, infatti si dice che l’energia non si crea e
non 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 noi
Le risorse energetiche si possono raggruppare in:
Fonti non rinnovabili:
Energia Nucleare
Fonti rinnovabili:
(energie derivabili da
combustibili fossili)
(energie derivate da
forze naturali)
•il petrolio,
•la caduta dell’acqua,
•il carbone,
•il vento,
•il metano.
•la luce solare.
La disponibilità è
limitata.
Energia pulita: le fonti rinnovabili
•
•
•
•
L’energia idrica
L’energia eolica
L’energia solare
L’energia geotermica
Energia idrica
Lo 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
gas
carbone o petrolio
L’energia fotovoltaica
Il 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 termovalorizzatore
Un 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 2030%l’energia
potenziale dell’acqua
• Fino a 60 m
La centrale idroelettrica
Percorso dell’elettricità
centrale
Stazione di
trasformazione
Cabina
primaria
Cabina
secondaria
scuola
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-FLOW
ad 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