CHE COS’È L’ENERGIA?ENERGIA È CIÒ CHE MUOVE.

PUÒ DEFINIRSI COME LA CAUSA PRIMARIA DI OGNI TRASFORMAZIONE, UNA “SOSTANZA” CHE SI CONSERVA, MA CHE QUANDO È ALL'OPERA SI DEGRADA, RIDUCENDO LA SUA POTENZIALITÀ ORIGINARIA DI COMPIERE LAVORO E CONTRIBUENDO ALLA CRESCITA DI DISORDINE NEL MONDO NATURALE.

L'energia è una PROPRIETÀ dei sistemi

L'energia non si crea nè si distrugge

Entra in gioco tutte le volte che i sistemi si trasformano 

Energia è la possibilità del sistema che la possiede di compiere lavoro

DOVE SI TROVA L’ENERGIA? OVUNQUE…

IN UN RAGGIO DI SOLE

IN UN SOFFIO DI VENTO

IN UN ANIMALE CHE CORRE

IN UNA PIANTA CHE CRESCE

LA SUA FUNZIONALITÁ

Serve per:

• vivere • Scaldarci• spostarci,• Illuminare• Produrre...e pensare

LE DIVERSE FORME DELL’ENERGIAL'energia si può trovare in diverse forme, quali luce, calore, suono e movimento.

Queste possono essere distinte in due categorie:

ENERGIA CINETICA:legata al movimento

ENERGIA POTENZIALE:è energia conservata o legata alla posizione

ENERGIA CINETICA

ENERGIA POTENZIALE

ENERGIA ELETTROMAGNETICA

Questa energia ha moltissime manifestazioni escludendo quella gravitazionale.

Tutte le forme di energia (potenziale e cinetica) che osserviamo nella vita di ogni giorno sono di natura elettromagnetica

LA CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA

Il PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA afferma che L'ENERGIA NON SI CREA NÈ SI DISTRUGGE, PUÒ ESSERE SOLO TRASFORMATA

Quando noi usiamo l'energia, essa non scompare, ma viene trasformata da una forma ad un'altra.L'energia cambia forma, ma la quantità totale di energia nell'universo è costante.

… E LE SUE TRASFORMAZIONI

ENERGIA E UNITÀ DI MISURA

NEL SISTEMA INTERNAZIONALE SI L'UNITÀ DI MISURA DELL'ENERGIA È IL Joule (IN SIMBOLO “J”).

ALTRE UNITÀ DI MISURA

kilowattora = unità riferita soprattutto al consumo di energia elettrica

(1 kWh = 3,6·106 J) Tep = Tonnellata equivalente di petrolio, indica la quantità di energia

termica ottenibile bruciando una tonnellata di petrolio

(1 Tep = 42·109 J) Caloria (o piccola caloria) = unità utilizzata in termodinamica

(1 cal = 4,186 J) CALORIA (o grande caloria) = unità di energia riferita

solitamente ai cibi, ma molto usata anche in termoidraulica

(1 CAL = 4186 J) Btu = British thermal unit, utilizzata nel Regno Unito

e per le macchine frigorifere

(1 Btu = 1055 J)

ENERGIA E POTENZALA POTENZA INDICA LA VELOCITÀ CON CUI L'ENERGIA VIENE TRASFORMATA

La POTENZA viene misurata in J/s (“Joule al secondo”), più frequentemente e soprattutto in ambito elettrico, viene utilizzata l'unità di misura derivata edequivalente, il Watt (W).

L'ENERGIA E IL CALORE

Il CALORE è una forma di energia un po' diversa dalle altre ed è una delle più importanti:non solo perché abbiamo bisogno del calore per scaldarci, ma anche perché gran parte delle tecnologie che usiamo per trasformare una qualche fonte di energia in energia utile passa attraverso la trasformazione in calore e/o viceversa.

PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Afferma che

Il CALORE è una forma di energia, per cui lo si chiama anche energia termica

L'energia cinetica meccanica può essere interamente convertita in calore attraverso l'attrito (come avviene con i freni delle auto)

L'energia elettrica è convertita in calore attraverso una resistenza (come avviene in una stufetta elettrica)

L'energia chimica di un combustibile è convertita in calore attraverso la combustione (come in fornello a gas).

Il SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Afferma cheL'ENERGIA TERMICA NON PUÒ ESSERE CONVERTITA COMPLETAMENTE IN UN'ALTRA FORMA DI ENERGIA

Questo significa che

QUALUNQUE MACCHINA TERMICA CHE TRASFORMA CALORE IN LAVORO NON PUÒ AVERE NEMMENO TEORICAMENTE UN RENDIMENTO DEL 100%.

Una parte consistente dell'energia termica impiegata resta calore a temperatura più bassa, che non può essere usato e dev'essere disperso (di solito nell'ambiente).

Ad esempio:

Il motore di un'automobile è una macchina termica che ha un rendimento di circa il 20%, l'80% rimanente deve essere disperso tramite il radiatore e il tubo di scarico.

PERCHÈ L’ENERGIA TERMICA È COSÌ IMPORTANTE?

Perché gran parte delle tecnologie che impieghiamo per trasformare l'energia primaria in una forma utile passano attraverso la forma di calore secondo lo schema seguente:

• Il motore di un'auto trasforma l'energia chimica della benzina (ENERGIA PRIMARIA) in calore (ENERGIA TERMICA) bruciandola e trasforma poi il calore nell' energia meccanica che muove la macchina (ENERGIA UTILE).

• Le centrali elettriche nucleari, a carbone o a petrolio funzionano con il principio della macchina a vapore: le reazioni nucleari o la combustione del carbone o del petrolio (ENERGIA PRIMARIA) producono calore (ENERGIA TERMICA), il calore fa bollire acqua ad alta pressione che attraverso una turbina viene trasformato in ENERGIA MECCANICA.

Questa diventa poi energia elettrica attraverso un alternatore (ENERGIA UTILE).

Esempi:

CENTRALE TERMOELETTRICAUna centrale termoelettrica e' un impianto all'interno del quale l'energia termica generata dalla combustione di una massa di combustibile (carbone, nafta o metano) viene trasformata, attraverso un ciclo termico, in energia meccanica la quale, attraverso l'alternatore, viene poi trasformata in energia elettrica.

Schema e principio di funzionamento della centrale termoelettrica

COME FUNZIONALe centrali termoelettriche, sostanzialmente, sono costituite da vari sistemi di conversione che trasformano l'energia chimica dei combustibili in energia elettrica.

Le centrali termoelettriche sono caratterizzate da una caldaia, alimentata automaticamente dal deposito che contiene il combustibile e attraversata da una serpentina nella quale circola l'acqua.

L'acqua, grazie alla combustione e all'energia termica conseguente, viene riscaldata fino a 300°C e si trasforma in vapore; questo viene ulteriormente surriscaldato fino a 450°C ed acquisisce una notevole pressione.

Il vapore, convogliato sulla turbina, cede la sua energia cinetica facendo ruotare la stessa.

La turbina, collegata all'asse dell'alternatore lo trascina in rotazione. Nell'alternatore, grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica, l'energia meccanica trasmessa dalla turbina, viene trasformata in energia elettrica.

L'energia elettrica prodotta dall'alternatore viene trasmessa al trasformatore elevatore che ne innalza la tensione, per evitare perdite, prima di immetterla nella rete di distribuzione.

Il vapore, dopo aver ceduto il suo contenuto energetico alla turbina, viene scaricato dalla stessa e raccolto dentro il condensatore all'interno del quale, per mezzo dell'acqua di raffreddamento proveniente dall'esterno, viene riportato allo stato liquido e quindi ricondotto in caldaia attraverso la pompa di alimento per ripetere un nuovo ciclo.

L’acqua, per evitare incrostazioni in caldaia, è demineralizzata per cui viene recuperata.

Il camino provvede ad espellere nell'atmosfera i fumi della combustione.

TRASFORMAZIONI ENERGETICA

• IMPIANTI E MACCHINE • SERBATOIO

COMBUSTIBILE • BRUCIATORE• CALDAIA• TURBINA• CONDENSATORE• ALTERNATORE• TRASFORMATORE• DISTRIBUZIONE

In un impianto termoelettrico convenzionale, solo il 40% circa dell'energia termica liberata dalla combustione nella caldaia viene convertita in energia elettrica. Il restante 60% viene dissipato nelle successive conversioni dell'energia (da chimica a termica, da termica a meccanica, da meccanica a elettrica) come calore residuo dei fumi della ciminiera e del vapore avviato alla condensazione e recuperato come acqua calda da rimandare alla caldaia per un nuovo ciclo. L'energia elettrica prodotta e immessa in rete viene trasportata, per mezzo di opportuni elettrodotti, alle stazioni di trasformazione dove altri trasformatori riduttori la rendono disponibile alle richieste delle varie utenze.

IMPATTO AMBIENTALEQuesto tipo di centrale inquina fortemente l'aria con i fumi della combustione.Il monossido di carbonio, l'anidride solforosa, gli ossidi di azoto, il piombo e gli idrocarburi sono detti inquinanti atmosferici primari. In particolari condizioni climatiche, e cioè quando l'aria non circola e gli inquinanti permangono a lungo nell'atmosfera, si verificano reazioni chimiche, favorite dalla luce del sole, che danno luogo a un insieme di prodotti, denominati nel loro complesso "smog", e che rappresentano gli inquinanti atmosferici secondari. Un discorso a parte va fatto per l'anidride carbonica, la quale è un componente naturale dell'aria, ed è indispensabile per tutti i processi biologici, ma è anche responsabile della regolazione della temperatura dell'aria. L'anidride solforosa e gli ossidi di azoto, che si generano dalla combustione del carbone e dei derivati del petrolio, provocano il fenomeno delle piogge acide. Combinandosi con l'acqua piovana, l'anidride solforosa si trasforma in acido solforico e gli ossidi di azoto in acido nitrico, e poi ricadono al suolo. L'effetto di queste piogge è progressivo e insidioso, esse producono un accumulo di acidi nel terreno e nelle acque dei fiumi e dei laghi, danneggiando gravemente gli ecosistemi, a partire dalla vegetazione. L'enorme immissione di CO₂ nell'atmosfera impedisce alla Terra di reirradiare nello spazio l'energia che riceve dal Sole, provocando l'effetto serra, cioè il riscaldamento dell'atmosfera, che, a sua volta, provoca l'aumento della temperatura dei ghiacci, determinando un innalzamento del livello del mare, e quindi la sommersione delle regioni costiere, che, come è noto, sono le regioni più popolate della Terra. Lo smog, il piombo e il monossido di carbonio agiscono in modo diretto sulla funzione respiratoria dei viventi, provocando gravi malattie polmonari.

Non trascurabili i danni all'ecosistema del corpo idrico utilizzato per gli scarichi termici dell'acqua.

L'impianto, come tutte le altre centrali del resto, occupando una certa superficie, normalmente recintata, allontana dalla zona la fauna e, i vari edifici connessi al suo funzionamento comportano sempre un certo impatto sull'ambiente dal punto di vista paesaggistico.

Nella sala macchine sia le turbine, sia i generatori di corrente producono un rumore costante di parecchi decibel che, a lungo andare, provoca danni all'udito degli operatori.

Le macchine elettriche, quali gli Alternatori e le Dinamo, per effetto dello strisciare delle spazzole sul collettore generano un certo scintillio. L'arco voltaico scompone l'Ossigeno dell'aria O2 in O, che legandosi poi ad altre molecole, forma Ozono O3, gas velenoso dal caratteristico odore di aglio.