Che cos'è l'energia?
ENERGIA
L′energia è considerata l′attitudine di un corpo o di un sistema a compiere
lavoro.
Il dizionario della lingua italiana di G. Devoto e G.C. Oli (Le Monnier, 2002-03)
la definisce così:
"Energia: attitudine a compiere lavoro che un corpo o un sistema possiede in
conseguenza di determinate caratteristiche, o che cede o acquista al
cambiare di queste; se posseduta da un sistema può essere dovuta al
movimento (energia cinetica), alla posizione (energia potenziale o di
posizione, secondo le forze in gioco, gravitazionale, elastica, elettrostatica,
magnetostatica), all′azione fra correnti elettriche (energia mutua), al
passaggio di queste (energia elettrica), alle forze che uniscono le particelle
subatomiche (energia di legame); se ceduta o acquistata può essere legata ad
agitazione termica (energia termica o calore), a reazioni chimiche (energia
chimica), a reazioni nucleari (energia nucleare o energia atomica), a radiazioni
elettromagnetiche (energia raggiante), a suono (energia sonora)"
Unità di misura
• L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale
per l'energia è il joule (simbolo: J);
• in termini di unità fondamentali del SI, 1 J è pari a 1
kg·m2·s−2. Nel CGS l'unità di misura per l'energia è l'erg
equivalente 1 g·cm2·s−2 (corrisponde a 10−7 J).
A seconda dell'ambito, altre unità di misura sono adottate
per misurare l'energia:
• elettronvolt = 1,602 176 46 × 10−19 J
• caloria = 4,186 J
• British thermal unit (BTU) = 1 055,06 J
• kilowattora = 3,6 × 106 J
Energia meccanica
L’energia meccanica si differenzia in due gruppi: energia potenziale e energia
cinetica.
Tutti gli oggetti che si muovono hanno energia cinetica. L'energia potenziale è
accumulata in oggetti che potrebbero muoversi.
ENERGIA MECCANICA
• Energia Meccanica - L'energia meccanica si manifesta sotto due
diverse forme: energia cinetica ed energia potenziale.
• Energia Cinetica. È l'energia posseduta da un corpo in movimento.
Ad esempio, l'acqua proveniente da un bacino, scendendo a valle
attraverso le condotte forzate acquista energia cinetica in grado di
mettere in rotazione le pale di una turbina.
L'energia cinetica di un corpo dipende dal quadrato della sua
velocità: maggiore è la velocità maggiore è l'energia cinetica.
• Energia potenziale
È l'energia che un corpo in quiete possiede e che può spendere in
un determinato istante.
E’ dovuta alla posizione o allo stato fisico in cui si trova quel corpo.
Non necessariamente un corpo deve spendere l’energia potenziale
che possiede.
ENERGIA POTENZIALE
E' l'energia posseduta dai
corpi, in stato di quiete,
trattenuti da un sostegno
ad una certa altezza. Il suo
valore dipende dalla
massa del corpo e dalla
forza di gravità in relazione
alla distanza tra il punto
più in alto e quello più in
basso raggiungibile.
E=mgh
ENERGIA CINETICA
E' l'energia che un corpo
possiede come
conseguenza del suo
movimento.
Un corpo in moto è in
grado di compiere lavoro
sull'ambiente circostante
(ad esempio fermandosi
contro un oggetto e
deformandolo) proprio in
quanto esso è in moto.
Un esempio concreto di energia che passa da una forma ad un’altra
Considerate adesso il seguente problema: un folle sale realmente sul tetto di
un palazzo alto 50 metri a Torino e lascia cadere
una palla di cannone pesante 100 Kg .
Con quale velocità la palla raggiunge il suolo?
SOLUZIONE
Beh se mi avete seguito fino a qui, capendo tutto, saprete risolvere questo problema!
L’energia della palla si conserva. All’inizio essa è ferma sul tetto. Poichè è ferma ha
velocità nulla e allora la sua energia cinetica è nulla. Poichè è sul tetto allora h=50
metri. Poichè infine siamo a Torino e dunque sulla terra g=9,81 metri al secondo
quadro. Allora l’energia della palla di cannone all’inizio è completamente potenziale
gravitazionale ed è pari a
Joule.
Man mano che la palla cade la sua quota diminuisce, ma allora anche la sua energia
potenziale gravitazionale diminuisce. Solo che l’energia non può, semplicemente,
decidere di andarsene a caso. L’energia non scompare: si trasforma. Allora l’energia
potenziale gravitazionale scomparsa ha in realtà cambiato forma ed è diventata
energia cinetica. Infatti, man mano che la palla cade la sua velocità aumenta, e
dunque anche la sua energia cinetica (che prima era nulla)!
Allora l’energia totale, somma di cinetica e potenziale gravitazionale è sempre la
stessa.
IL BILANCIO ENERGETICO NON SBALLA MAI
SOLUZIONE…continua
Dunque cosa dire dell’attimo finale, un istante prima che la palla tocchi
il suolo? L’energia è ora completamente cinetica, infatti ora h=0 .
Sappiamo che all’inizio l’energia totale era solo gravitazionale ed era
49050 Joule. Poichè l’energia totale si conserva anche alla fine deve
essere E= 49050 Joule, solo che ora è energia cinetica. Allora posso
ricavare la velocità.
Infatti da
ho che conoscendo m posso risolvere per v!
Infatti ottengo
31 metri al secondo!
Molto molto molto più veloce di Bolt!!
ENERGIA NUCLEARE
Con energia nucleare si
intendono tutti quei
fenomeni in cui si ha la
produzione di energia in
seguito a trasformazioni
nei nuclei atomici.
L'energia nucleare insieme
a quella solare è una fonte
di energia primaria.
Possiamo distinguere
l'energia atomica in
reazioni di fissione
nucleare e reazioni di
fusione nucleare.
FISSIONE NUCLEARE
La fissione è il processo usato nelle centrali
nucleari per produrre energia.
Bombardando il nucleo di un atomo con
neutroni l'atomo si "spacca": questa è la
fissione.
Nella fissione si liberano altri neutroni che
colpiscono altri atomi: così si innesca una
reazione a catena.
In questo processo si perde massa, e questa
perdita provoca la liberazione di grandi
quantità di energia. Ciò è dovuto
all'equivalenza che sussiste tra massa ed
energia.
FUSIONE NUCLEARE
La fusione nucleare è un tipo di reazione
nucleare grazie alla quale vengono prodotte
grandi quantità di energia.
E' il tipo di reazione che avviene all'interno del
Sole, e che genera l'energia termica
indispensabile per la vita sulla Terra.
Il processo consiste nella fusione dei nuclei di
due atomi di idrogeno, favorita dalla
temperatura di 14 milioni di gradi.
Durante la fusione una parte della massa si
perde e si trasforma in energia.
Gli scienziati stanno tentando di sfruttare
questa reazione come alternativa alla fissione
per la produzione di energia.
Albert Einstein (1879-1955)
C'è una forza motrice più forte del vapore, dell'elettricità e dell'energia atomica: la volontà.
Albert Einstein
Noi vediamo, sentiamo, parliamo,
ma non sappiamo quale energia ci fa
vedere, sentire, parlare e pensare.
E quel che è peggio, non ce ne
importa nulla.
Eppure noi siamo quell'energia.
Questa è l'apoteosi dell'ignoranza
umana.
Albert Einstein
VIDEO INTERESSANTI!
FISSIONE
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FUSIONE
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CENTRALE
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WLY
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lU
ENERGIA TERMICA
L'energia termica è energia
contenuta in un corpo. Gli
atomi e le molecole si
muovono disordinatamente in
funzione della temperatura del
corpo, del liquido o del gas.
L'energia termica è quindi una
forma speciale di energia di
movimento e quindi di energia
cinetica.
IL CALORE
Il calore di un corpo è l’energia (energia termica) delle sue molecole.
Il calore si trasferisce da un oggetto o da un corpo all’altro se tra i
due sussiste una differenza di temperatura
Una variazione nel calore di un corpo produce una variazione di
temperatura che può portare a un cambiamento di stato.
ENERGIA CHIMICA
L ’energia chimica è la
capacità di alcune
sostanze di combinarsi
con altre sviluppando
energia sotto forma di
luce, calore,
elettricità.
Per esempio, la
combustione è una
reazione tra una
sostanza, detta
combustibile, e
l’ossigeno dell’aria.
Durante la
combustione viene
emessa energia sotto
forma di calore e luce.
LA COMBUSTIONE
ESEMPI
L'elettricità
Più di duemila anni fa i greci erano
rimasti colpiti dalle caratteristiche
dell'ambra, una resina prodotta da
alcuni alberi e induritasi col tempo.
Dopo averla strofinata con un
panno di lana, essa acqista la
proprietà di attrarre corpi leggeri
(pezzetti di paglia, piccoli semi) che
si trovano nelle sue immediate
vicinanze.
La parola elettricità deriva dal greco
elektron, che vuol dire appunto
ambra. L'elettricità è una forma
molto versatile di energia, che può
essere convertita in molte altre
forme, come la luce e il calore.
L'elettricità si genera in
natura durante i temporali,
sotto forma di fulmini.
La
corrente
elettrica
Un conduttore è attraversato da corrente elettrica quando al suo interno vi è una
migrazione di particelle cariche, gli elettroni degli atomi che costituiscono il conduttore.
Perchè ciò accada è necessario che dentro il conduttore vi siano in azione delle forze
elettriche, in grado di mettere in movimento le cariche.
Nel conduttore percorso da corrente deve quindi essere presente un campo elettrico.Per
mettere in movimento gli elettroni in una determinata direzione, e creare così una
corrente, è necessario collegare dunque il conduttore ad un generatore di corrente (ad
esempio una pila). In altre parole dobbiamo realizzare un circuito elettrico.
ENERGIA ELETTRICA
L’energia elettrica è dovuta al movimento
ordinato di cariche elettriche. Alcuni materiali,
detti conduttori, hanno un elevato numero di
elettroni che possono muoversi liberamente
all’interno del conduttore
Conduttori e isolanti
Un conduttore è una sostanza in cui una
carica può scorrere facilmente.
I metalli, oro e argento in particolare, sono
buoni conduttori perché i loro atomi hanno
elettroni liberi di muoversi, che trasferiscono
facilmente l'energia.
Un isolante è una sostanza in cui una carica
elettrica non scorre facilmente. La plastica e
la gomma sono buoni isolanti perché gli
elettroni nei loro atomi hanno poca libertà,
perciò non si trasferiscono con facilità da un
atomo all'altro.
Alcuni di questi materiali sono impiegati per
isolare i fili conduttori o le macchine
elettriche.
Il magnetismo
Gli antichi greci conoscevano già la
proprietà della magnetite (un
minerale di ferro) di attrarre oggetti
di natura ferrosa. Il fenomeno viene
detto magnetismo dal nome di
questo minerale, e tutti i corpi che si
comportano come la magnetite
vengono denominati magneti o
calamite. Lo spazio entro il quale un
magnete esercita la sua azione
prende il nome di campo magnetico.
Esso è caratterizzato da linee di
forza. Esistono magneti naturali,
come la magnetite, e magneti
artificiali. Questi corpi sono costituiti
almeno in parte da ferro, cobalto o
nichel. Essi, con opportuni
trattamenti, acquistano proprietà
magnetiche e le mantengono per
breve tempo (magneti temporanei) o
in modo permanente (magneti
permanenti).
L'elettromagnetismo
L'elettromagnetismo è il risultato dell'unione tra elettricità e magnetismo.
La teoria elettromagnetica fu elaborata nella sua forma finale da James Clerk
Maxwell,
Secondo l'ipotesi di Maxwell, il campo elettrico e il campo magnetico sono legati
l'uno all'altro e costituscono un'unica entità: il campo elettromagnetico.
L'ipotesi di Maxwell consente di prevedere l'esistenza delle onde elettromagnetiche
ed è stata confermata sperimentalmente dal fisico tedesco Heinrich Hertz.Il legame
tra elettricità e magnetismo è stato compreso a piccoli passi grazie alle scoperte di
diversi scienziati.
•
MAGNETISMO DALL'ELETTRICITA’. Se avvolgiamo del filo di rame intorno a una
bussola, colleghiamo le estremità a una pila elettrica e osserviamo il
comportamento dell’ago della bussola, si può osservare che, al passaggio della
corrente elettrica, l’ago si muove e che, interrompendo il circuito, esso ritorna nella
posizione di partenza.
Una corrente elettrica genera quindi un campo magnetico. Questa scoperta è
dovuta allo scienziato danese Hans Christian Oersted (1777-1851) e risale al 1820.
Un elettromagnete o elettrocalamita non è altro che un pezzo di materiale ferroso
attorno al quale è avvolto un un filo di rame collegato alle due estremità con i poli
di una pila.
ELETTRICITA' DAL MAGNETISMO
Anche il magnetismo può produrre
elettricità. Se muoviamo avanti e
indietro una calamita a barra
all’interno di un filo di rame
rivestito di plastica e avvolto a
spirale (bobina), i cui estremi
sono collegati ad un
amperometro, si può osservare
che durante il movimento del
magnete l’amperometro rileva il
passaggio di corrente.
Un campo magnetico può quindi
produrre un flusso di corrente
elettrica; il fenomeno si chiama
induzione elettromagnetica.
Questa scoperta risale al 1831 e si
deve allo scienziato inglese
Michael Faraday. Su questa
scoperta si basa il funzionamento
dei generatori di corrente
impiegati nelle centrali elettriche.
VIDEO UTILI
ELETTRICITA’ E MAGNETISMO
•http://www.youtube.com/watch?feature=playe
r_embedded&v=lRnmawaqE2g
•http://www.youtube.com/watch?feature=playe
r_embedded&v=uXQZBDkoblU
Onde elettromagnetiche
Tutti i tipi di onde trasportano energia; le onde elettromagnetiche
trasportano l'energia radiante, un tipo particolare di energia.
L'insieme delle onde elettromagnetiche costituisce lo spettro
elettromagnetico.
Lo spettro luminoso è una piccola porzione dell'insieme delle
frequenze dello spettro elettromagnetico.
Dello spettro elettromagnetico fanno parte: le onde radio, le
microonde, i raggi infrarossi, la luce visibile, i raggi ultravioletti, i raggi
X e i raggi gamma.
Alcuni esempi sono le onde luminose, le onde radio, le microonde e
anche i raggi X.
L'energia radiante si può propagare anche nel vuoto, dove la materia è
assente.
Le onde elettromagnetiche, comprese le onde luminose, viaggiano
attraverso il vuoto alla velocità di 300.000 km al secondo.
I RAGGI X
I raggi X sono
una parte parte
della radiazione
elettromagnetica,
estremamente
penetrante e
caratterizzata da
una lunghezza
d'onda maggiore
di quella della
luce.
L'importante è
non smettere di
fare domande.
Albert Einstein
SITI INTERNET UTILI
www.rosarioberardi.it/.webloc
http://fisica.cattolica.info/biblioteca/scoperte/
energia/tipi_energia.htm