L’energia: l’altra faccia della materia

Energia

Attitudine a compiere un lavoro

Lavoro – ciò che determina cambiamento o movimento di un oggetto.

Energia

L'energia è la proprietà fondamentale della materia che si esprime ogni volta che:

una forza "entra in azione", o , come si dice in termini fisici, ogni volta che si compie un lavoro;

Ogni trasformazione chimica o fisica richiede energia. L’Energia fa si che le cose avvengano. Si trova dappertutto intorno a noi, nei mezzi di trasporto, nell'industria, nelle case e anche nel nostro corpo.

Può assumere due forme fondamentali :

Cinetica Potenziale

Cinetica - posseduta da un corpo in movimento

Potenziale – (energia di accumulo) dipende dalla posizione di un corpo in un campo di forze

En. Cinetica e potenziale

Tipi di energia

Calore - energia che si trasferisce tra due corpi a differente temperatura.

Energia chimica - en. rilasciata o assorbita nelle trasformazioni chimiche (es. Combustione).

En. Elettrica - energia dovuta al movimento di cariche elettriche

Energia Radiante - en. che viaggia nello spazio vuoto (luce, UV, Radiazioni infrarosse, onde radio)

L'energia elettrica

è quella che accende le lampadine e fa funzionare i nostri elettrodomestici

Energia chimica

Definiamo energia chimica quella contenuta nei cibi e nei combustibili e quella che fa funzionare una batteria.

L’energia chimica è contenuta nei legami chimici

Energia termica

L'energia termica  o calore  è data dal movimento delle molecole all'interno dei corpi che aumenta con l'innalzamento della temperatura.

Energia radiante

L'energia radiante si trasmette nello spazio attraverso le onde elettromagnetiche. Un esempio di questo tipo di energia è quella prodotta dal sole

Energia nucleare

L'energia nucleareè quella immagazzinata nel nucleo degli atomi

L' energia si trasformaCaratteristica principale dell'energia è quella di passare da una forma all'altra.

e si degrada ...

il   passaggio da una forma di energia  all'altra non è mai completo; c'è sempre una differenza tra la quantità di energia iniziale e la quantità di energia finale. Tale differenza si ritrova generalmente  sotto forma di energia termica, che è una delle forme meno pregiate di energia.

Principio di conservazione dell’energia

l’energia non può essere creata né distrutta,

ma può solo essere trasformata da una all’altra delle diverse forme in cui si presenta.

Nel 1905 Albert Einstein pubblicò la teoria della relatività, dimostrando l’equivalenza tra massa ed energia.

E=mc2

Il Calore

Il calore è un trasferimento di energia fra corpi che si trovano inizialmente a temperature diverse.

Il calore è energia in transito: fluisce sempre dai punti a temperatura maggiore a quelli a temperatura minore, finché non si raggiunge l'equilibrio termico.

Definizione operativa del calore

Quantità di calore = Energia trasferita da un corpo più caldo ad uno più freddo a seguito della differenza di temperatura senza che, necessariamente sia fatto del lavoro.

La teoria cinetico molecolare

I corpi materiali sono composti di minuscole particelle dotate di un movimento e quindi di energia cinetica.

La temperatura è una misura dell’energia cinetica media delle particelle

Modello di un gas

Dalla metà dell’800 incomincia a svilupparsi la teoria cinetico molecolare, basata sui seguenti principi:

La conduzione di calore tra due corpi a contatto è un trasferimento dell'energia cinetica attraverso gli urti tra le particelle, le più veloci cedono parte del loro moto a quelle più lente.

Alla fine si raggiunge un equilibrio e le energie cinetiche medie e le temperature dei due corpi sono uguali

La conduzione del calore

Unità di misura

In quanto energia, il calore si misura nel Sistema Internazionale in Joule. Nella pratica viene tuttavia ancora spesso usata come unità di misura la caloria.

Alcune equivalenze: 1 cal = 4,186 Joule 1 Joule = 0,2388 cal 1 CAL = 1 kcal = 1000 cal

Calore specifico

Si dice calore specifico di una sostanza: la quantità di calore necessaria a innalzare di un

grado la temperatura dell'unità di massa.

In relazione alle condizioni di riscaldamento si distinguono rispettivamente il calore specifico a volume e a pressione costante. In generale i due calori specifici dipendono dalla temperatura e nel caso dell'acqua e di tutte le sostanze praticamente incomprimibili hanno valori approssimativamente uguali.

Caloria

La caloria (o piccola caloria, simbolo cal) è un'unità di misura dell'energia.

Viene definita come la quantità di energia termica necessaria ad elevare da 14,5 a 15,5 °C la massa di un grammo di acqua distillata a livello del mare (pressione di 1 atm).

Calorimetro

la temperatura

la temperatura è la proprietà fisica di un sistema corrispondente alle nozioni comuni di "caldo" e "freddo";

Esprime il livello termico di un corpo. I termini temperatura e calore sono quindi correlati,

ma si riferiscono a concetti diversi: la temperatura è una proprietà di un corpo, mentre il calore è una forma di energia che

fluisce da un corpo a un altro, per colmare una differenza di temperatura.

Scale di temperatura

L'unità base della temperatura nel Sistema Internazionale è il grado kelvin (simbolo: K) In questa scala lo zero assoluto è collocato a -273,15 °C

Una delle prime scale di temperatura fu ideata nel 1720 dal fisico tedesco Gabriel Daniel Fahrenheit.

Nella scala Fahrenheit, alla pressione di 1 atm, la temperatura di congelamento dell'acqua corrisponde al valore di temperatura di 32 °F, mentre al suo punto di ebollizione si attribuisce il valore di 212 °F.

Nella scala centigrada, o Celsius, introdotta dall'astronomo svedese Anders Celsius e impiegata nella maggior parte dei paesi, il punto di fusione dell’acqua corrisponde a 0 °C, quello di ebollizione a 100 °C.

Formule per convertire le temperature

Conversione da a Formula

Celsius Fahrenheit °F = °C × 1,8 + 32

Fahrenheit Celsius °C = (°F − 32) / 1,8

Celsius kelvin K = °C + 273,15

kelvin Celsius °C = K − 273,15

ZERO ASSOLUTO

Il valore più basso della scala Kelvin si chiama zero assoluto e corrisponde a -273° C.

Secondo i fisici, lo zero assoluto corrisponde alla temperatura più bassa possibile, il limite al disotto del quale non si può scendere perché le molecole sono assolutamente immobili.

Nella scala assoluta il ghiaccio fonde a 273 °K e l’acqua bolle a 373 °K.

Strumento di misura Il termometro è lo strumento

per la misura della temperatura, o delle variazioni di temperatura.