6. Depositi e Serbatoi di Energia
6.1. A cosa servono i depositi di energia
Molto spesso abbiamo a che fare con fonti di
energia che si svuotano come ad esempio le
batterie della pila, il serbatoio dell automobile, la bombola del gas. Noi chiameremo queste fonti depositi di energia. Con due esempi
vediamo ora di mettere in evidenza il ruolo e
l’importanza di questi depositi.
Per viaggiare un’automobile ha bisogno di
energia. A questo scopo la maggior parte delle automobili dispone di un deposito di energia: il serbatoio della benzina. Vi sono però
anche automobili nelle quali l’energia di cui
hanno bisogno è depositata in una batteria
(figura 1). Altri veicoli non hanno un deposito
per l’energia (figura 2 e 3). Queste non hanno
la stessa libertà di movimento delle automobili a benzina con serbatoio. Un’automobile
munita di serbatoio di energia può andare in
luoghi dove non arrivano condotte di energia
(come cavi elettrici o condotte di benzina). L’
utilizzo di un deposito di energia ci permette
di disporre di energia in qualsiasi luogo.
Se si vuole utilizzare l’energia del Sole per
riscaldare l’acqua, si ha il seguente problema:
noi abbiamo bisogno ogni giorno di acqua
calda, ma il Sole non risplende ogni giorno.
Bisogna quindi poter immagazzinare l’energia
in modo da poterne disporre anche quando è
brutto tempo e non c’è sole. A tale scopo si
può utilizzare un grande serbatoio di acqua.
Questo viene riscaldato dal Sole, dell’energia
vi viene quindi immagazzinata. In caso di cattivo tempo o di notte è poi possibile recuperare questa energia.
Riassunto:
Con un serbatoio di energia è possibile disporre di energia dove si vuole.
Con un deposito di energia è possibile immagazzinare energia per quando se ne ha bisogno.
Esercizi:
1.
Perché si utilizzano i depositi di energia?
2.
Elenca alcuni depositi di energia. A quale scopo vengono utilizzati?
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Il collettore solare
Collettore solare
Serbatoio
dell’acqua
Vetro
Isolazione
Lastra metallica
nera
Serpentina
In alcune case l’energia del Sole viene utilizzata per
riscaldare l’acqua. A tale scopo sul tetto della casa
viene montato un collettore solare. La figura riportata a lato mostra le parti principali di un collettore solare. La luce del Sole attraversa un vetro e colpisce
una piastra nera di metallo. La piastra viene riscaldata dall’energia del Sole. Dietro la piastra di metallo si
trova una condotta nella quale scorre dell’acqua. La
piastra di metallo trasferisce l’energia all’acqua riscaldandola. L’acqua calda poi scorre attraverso la
condotta in una cisterna posta in cantina. Qui cede
energia all’acqua della cisterna. Durante questo processo l’acqua proveniente dal collettore si raffredda,
mentre quella della cisterna si riscalda. L’acqua calda della cisterna viene poi utilizzata a scopi domestici. Il collettore solare è quindi un trasferitore che trasferisce l’energia dal portatore luce al portatore acqua.
Il flusso di energia in una città durante una giornata
La figura riportata sotto illustra il flusso dell’energia trasportata dal portatore elettricità per una
grande città durante una giornata. Da sinistra a destra sono indicate le ore del giorno, mentre dal
basso verso l’alto il flusso di energia in MW (MJ/s). Il grafico ci dice, ad esempio, che alle 10 il
flusso di energia corrisponde a 470 MW (alle 10 vengono cioè utilizzati 470 MJ, cioè 470'000'000
J, ogni secondo).
Osserva l’andame nto della curva da sinistra verso destra. Dal momento che la gente dorme, da me zzanotte (0) alle 6 il flusso di energia è basso. Poi la gente si sveglia, accende la luce, la radio e prepara un buon caffè. Nelle fabbriche si comincia a lavorare. Tutto ciò si traduce in un aumento del
flusso di energia attorno alle 8. Tra le 11 e le 12 si nota un aumento dell’utilizzo dovuto al fatto che
le massaie ed i cuochi dei ristoranti cucinano il pranzo. Prova a spiegare l’andamento per il resto
della giornata!
MW
Ore
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6. Depositi e Serbatoi di Energia
6.2. Descrizione di alcuni depositi di energia
Il Sole: è una fonte di energia dove non viene
immessa altra energia. È quindi un deposito di
energia e come tale prima o poi si svuoterà.
Malgrado irradi nell’universo una quantità
enorme di energia, si pensa che continuerà a
splendere per almeno altri 4 miliardi di anni.
Da questo punto di vista non dobbiamo quindi
preoccuparci.
Lancette luminose: alcuni orologi e sveglie
sono muniti di lancette luminose. Queste la ncette sono dei depositi di energia. Quando c’è
luce si caricano con l’energia che ricevono
dalla luce. Nell’oscurità liberano questa energia emettendo luce.
Il cibo : l’energia di cui l’uomo ha bisogno
viene pure depositata per parecchio tempo in
un deposito di energia. Un sacco di zucchero
è, come una cantina colma di patate, un deposito di energia.
Il martello: anche un martello può essere
considerato un deposito di energia. Mentre lo
si accelera, figura 9, lo si carica di energia.
Colpendo il chiodo, il martello trasferisce tutta la sua energia in breve tempo al chiodo. Più
velocemente si muove il martello e più energia contiene.
Motorino a molla: molte automobili
giocattolo hanno un motorino a molla.
Durante la carica si immagazzina energia
nella molla del motorino. Nella molla
l’energia rimane immagazzinata fino a
quando viene utilizzata. Nei vecchi orologi si
trovano ancora dei motorini a molla di questo
tipo: la molla serve da deposito dell’energia
necessaria per far muovere le lancette
dell’orologio. Una sveglia dispone di un’altra
molla che funge da deposito di energia per la
suoneria.
Serbatoio della benzina e della nafta: la
maggior parte delle abitazioni dispone di un
deposito per l’energia che viene utilizzata per
il riscaldamento: si tratta del serbatoio della
nafta.
Un’abitazione riscaldata tramite il gas di città
non ha bisogno di un simile deposito di energia: il gas arriva tramite la condotta. Altre economie domestiche utilizzano propano o butano per la cucina. Questi gas prove ngono da
depositi di energia: le bombole a gas. Le automobili prendono l’energia che necessitano
per muoversi da un deposito di energia: il serbatoio della benzina.
La batteria dell’automobile (accumulatore): nell’automobile c’è bisogno di energia
ben prima che il motore giri, cioè per accendere il motore. Questo accade tramite un piccolo motorino di avviamento, che riceve energia dalla batteria (figura 10). Una volta che
il motore è acceso, la batteria ed il motorino
di avviamento non vengono più utilizzati a tale scopo. La batteria viene ricaricata con energia che riceve dalla dinamo. Quando il motorino di avviamento viene utilizzato a lungo
e si viaggia poco, la dinamo non riesce più a
ricaricare in maniera sufficiente la batteria. In
questo caso si ricorre ad un apposito apparecchio che prende l’energia dalla rete elettrica
per ricaricare la batteria (figura 11).
Batterie e pile : di certo saprai in quali occasioni vengono utilizzate. L’energia viene immagazzinata in questi depositi durante la loro
fabbricazione.
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Dinamo
Energia
Batteria
Elettricità
Energia
Batteria
Motorino di
avviamento
Elettricità
10
Esercizi :
1.
Quali depositi di energia ci sono a casa tua? A quale scopo vengono utilizzati?
2.
Quali depositi di energia vengono utilizzati negli orologi? Ci sono orologi senza depositi di
energia?
3.
Quali depositi di energia vengono utilizzati nelle automobili giocattolo?
6.3. Il simbolo per il deposito di energia
Una batteria può essere ricaricata (figura 10).
Durante la carica il polo positivo della batteria
è collegato con il polo positivo della dinamo e
il polo negativo con quello negativo. Fino a
che la batteria viene caricata, essa funge da
ricevitore di energia.
Ti è chiaro che la batteria viene caricata con
energia e non con elettricità? L’elettricità fluisce attraverso la batteria depositando l’energia
che trasportava. Allo stesso modo, nel processo di scarica, si ricava energia dalla batteria
(figura 10) e non elettricità! Anche durante la
scarica il flusso di elettricità attraverso i due
poli, in entrata e in uscita, è lo stesso.
Riassumiamo quanto riportato nella figura 10
per la batteria in un unico simbolo (figura 12).
Questo è il simbolo di un deposito di energia.
Lo sfasamento del portatore in entrata e in uscita dovrebbe mettere in evidenza il fatto che
tra la carica e la scarica trascorre un po’ di
tempo.
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Nella batteria si immagazzina energia ma non
il portatore di energia che ve l’ha trasportata.
Ci sono però dei depositi nei quali l’energia
viene accumulata con il rispettivo portatore.
Un deposito di questo tipo, ad esempio, è il
serbatoio dell’automobile. La figura 13 mostra il rispettivo diagramma di flusso
dell’energia. Confronta questo disegno con
quello della batteria.
Nella batteria l’energia entra con il portatore
elettricità ed esce poi con lo stesso portatore.
Nel serbatoio dell’automobile l’energia entra
con il portatore benzina ed esce con lo stesso
portatore. Nel caso della batteria e del serbatoio dell’automobile il portatore in entrata ed
in uscita non cambia. Vi sono però dei depositi di energia in cui il portatore in entrata e in
uscita non è il medesimo. Questi tipi di depositi sono quindi al contempo anche dei trasferitori di energia.
6. Depositi e Serbatoi di Energia
Energia
Energia
Elettricità
Batteria
Benzina
Energia
12
Elettricità
Serbatoio
della
benzina
Energia
Benzina
13
Esercizio:
Disegna il simbolo per il deposito di energia “bombola a gas”. In questo deposito l’energia viene
immagazzinata assieme al portatore?
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