SBBSchulen Lehrmittel Vertiefungslektion Energie I v2 · solare, l'energia eolica, l'energia...

Responsabilità.Lezione di approfondimento sull'energia dopo la visita al Treno scuola e scoperta delle FFS.

Documentazione per l’insegnante.

Svolgimento della lezione.

Durata Contenuto Realizzazione didattica Organizzazi-

one del lavoro

in classe

Materiale

10' 1. Dove consumo

energia?

SeS pensano alle situazioni nelle quali oggi hanno già

consumato energia e alle fonti da cui essa proviene

(vettori energetici). I risultati sono raccolti e discussi in

plenaria. I vettori energetici indicati vengono suddivisi per

gruppi, ad es. nel gruppo corrente elettrica e petrolio.

PL Lucido 1

5' 2. Che energia consu-

miamo in Svizzera?

L'insegnante mostra due grafici a torta che visualiz-

zano il consumo energetico in Svizzera nel 2002 e

nel 2011. SeS interpretano i diagrammi. Che cosa

è cambiato? Perché?

PL Diagramma del

consumo energe-

tico con i vettori

energetici

5' 3. Approccio al tema

«Che cos'è l'energia?

Da dove proviene

l'energia?»

Formare gruppi: SeS ricevono un'immagine e cercano

il partner con la stessa immagine (energia rinnovabile/

non rinnovabile). Una volta formati i gruppi, ogni

gruppo discute quali sono i punti comuni e le diffe-

renze delle immagini che hanno ricevuto.

PL Coppie di imma-

gini con fonti

rinnovabili/non

rinnovabili

25' 4. Che cos'è l'energia?

Da dove proviene

l'energia? Che forme

di energia esistono?

Scheda di lavoro

Suddivisi in coppie, SeS leggono e rispondono alle

domande della scheda di lavoro

LiC Scheda di lavoro

«energia»

35' 5. Processi di trasfor-

mazione dell'energia

SeS si organizzano in gruppi da 3-5 persone. Ogni

gruppo prepara un cartellone che illustra l'energia

primaria e il suo processo di trasformazione. Come

aiuto vengono fornite parole chiave del processo di

trasformazione dell'energia e la griglia del processo

di trasformazione, da completare con le parole chiave.

Una volta ricostruito il processo di trasformazione,

i gruppi indicano i vantaggi e gli svantaggi dell'energia

primaria illustrata. Alla fine, ogni gruppo presenta il

cartellone che ha preparato.

LG Scheda di lavoro

«Compito di

gruppo», parole

chiave sulla

trasformazione

dell'energia

Legenda: LiC lavoro in coppia, PL Plenaria, LG lavoro di gruppo, LI lavoro individuale, SeS scolari e scolare, INS Insegnante

Contenuto. Fonti e forme di energia

Obiettivi d'apprendimento.• SeS sanno distinguere tra vettori energetici

rinnovabili e non rinnovabili.• SeS conoscono i vantaggi e gli svantaggi dei diversi

vettori energetici.• SeS sanno in che modo l'energia viene trasformata

e dove viene utilizzata.

Livello.Alunni tra gli 11 e i 16 anni.

Tempo.90'

Materiale. Commento dell'insegnante, lucido 1, coppie di immagini fonti rinnovabili/non rinnovabili, scheda di lavoro «Energia», scheda di lavoro «Compito di gruppo», parole chiave sulla trasformazione dell'energia

Lezione di approfondimento sull'energia.

INS 1


Soluzioni: Energia.

1. Dove consumo energia?

SeS pensano alle situazioni nelle quali oggi hanno già consumato energia e alle fonti da cui essa proviene (vettori energetici).

Possibili soluzioni. Riscaldamento, doccia, sveglia, computer, colazione, bicicletta, luce, lavare i denti ecc.

2. Che energia consumiamo in Svizzera?

L'insegnante mostra due grafici a torta che visualizzano il consumo energetico in Svizzera nel 2002 e nel 2011. SeS interpretano i diagrammi. Che cosa è cambiato? Perché?

Lucido 1: Consumo finale di energia nel 2011: 852 330 TJ

Consumo finale di energia nel 2002: 853 670 TJ

Commento dei diagrammi.• Il consumo di olio da riscaldamento cala dato che gli edifici di nuova costruzione necessitano di

minore energia ed esistono numerose alternative al riscaldamento con olio combustibile. • Il consumo di carburante invece aumenta perché aumenta il traffico motorizzato.• Sebbene gli apparecchi elettrici diventino sempre più efficienti sotto il profilo energetico, il consumo

di corrente elettrica aumenta perché il numero degli apparecchi utilizzati è in continua crescita.

INS 2


Soluzioni: Energia.

Informazioni supplementari.

Lucido 2: Evoluzione del consumo di energia dal 1910 al 2011

Lucido 3: Watt pro capite nel raffronto mondiale.

http://www.2000watt.ch/2000-watt-gesellschaft/

Commento.Pro capite consumiamo più di 6000 Watt di carico termico continuo, vale a dire 3 volte di più della media della popolazione mondiale.

INS 3


Soluzioni: Energia.

3. Approccio al tema «Che cos'è l'energia? Da dove proviene l'energia?»

Formare gruppi.SeS ricevono un'immagine e cercano il partner con la stessa immagine (energia rinnovabile/non rinnovabile). Una volta formati i gruppi, ogni gruppo discute quali sono i punti comuni e le differenze delle immagini che hanno ricevuto.

Le coppie d’immagini mostrano fonti di energia rinnovabile e non rinnovabile. La scheda di lavoro può anche essere consegnata in versione completa a SeS, che devono allora scoprire quali sono i punti in comune delle coppie d’immagini.

4. Che cos'è l'energia? Da dove proviene l'energia? Che forme di energia esistono? (Scheda di lavoro)

Suddivisi in coppie, SeS rispondono alle domande della scheda di lavoro.

Qual è la differenza tra energia primaria e secondaria?L'energia primaria è presente come tale in natura, non può tuttavia essere utilizzata direttamente come energia. L'energia secondaria è ricavata dalla trasformazione dell'energia primaria e può alla fine essere utilizzata.

Quali vettori di energia primaria sono rinnovabili?Sole, vento, acqua, calore, biomassa, energia geotermica

Quali vettori termici sono fossili?Uranio, petrolio, gas naturale, carbone

Qual è lo svantaggio dei processi di trasformazione?Una parte dell'energia, principalmente sotto forma di calore, è dispersa.

L'energia si presenta in sotto differenti forme

Vettori energetici

energia eolica energia idrica energia

geotermicaenergia

mareomotrice

Forma di energia

radiazionienergia cinetica

energia cinetica

energia termicaenergia cinetica

Vettori energetici

biomassa petrolio gas naturale uranio carbone

Forma di energia

energia chimica

energia chimica

energia chimica

energia chimica

energia chimica

INS 4


Soluzioni: Energia.

5. Processi di trasformazione dell'energia, lavoro di gruppo.

Ogni gruppo tratta un tipo di energia primaria e presenta i risultati alla classe (6 gruppi).

Energia primaria

1° trasformatoreEnergia

secondaria2° trasformatore Energia utile

petrolio raffineria

olio da riscalda-mento

riscaldamento calore

benzina/cherosene motore a combustione (auto/aereo)

movimento

Vantaggi e svantaggi:• elevato contenuto energetico• fonte non rinnovabile• dipendenza dall'estero• l'estrazione danneggia la natura• lunghe vie di trasporto• rischio di incidenti navi petroliere• provoca gas effetto serra (CO2) -> cambiamento climatico

Energia primaria



energia idrica centrale idro-elettrica (gene-ratore)

energia elettrica

apparecchi elettrici (asciuga-capelli, boiler, lampada, TV, frullatore ecc.)

calore, luce,lavoro mecca-nico ecc.

Vantaggi e svantaggi: • rinnovabile• utilizzabile in molti posti -> produzione locale di energia• non producono gas a effetto serra• intervento sulla natura (edilizio) piuttosto modesto• effetti negativi nel mondo animale (pesci), trasporto solido di fondo dei corsi d'acqua e quantità d'acqua

Energia primaria



energia eolica centrale eolica (generatore)

energia elettrica


calore, luce, lavoro mecca-nico ecc.

Vantaggi e svantaggi: • rinnovabile• utilizzabile in molti posti -> produzione locale di energia• non producono gas a effetto serra• intervento sulla natura (edilizio) modesto• pochi effetti negativi nel mondo animale (uccelli, pipistrelli)

INS 5


Soluzioni: Energia.

Energia primaria



energia geotermica

sonda geoter-mica liquido riscaldato

scambiatore di calore

acqua calda per riscaldamento

Vantaggi e svantaggi: • rinnovabile• utilizzabile in molti posti -> produzione locale di energia• non ci sono gas effetto serra• intervento edilizio (perforazione) notevole e costoso• nessun effetto negativo sulla fauna• potenziali conflitti per l'utilizzo del sottosuolo (acque sotterranee, traffico, edifici)

Energia primaria



uranio

centrale elettro-nucleare (tur-bina a vapore e generatore)

energia elettrica

apparecchi elettrici (asciuga-capelli, boiler, lampada, TV, frullatore…)

calore, luce, lavoro mecca-nico…

Vantaggi e svantaggi: • elevato contenuto energetico, radioattività• fonte non rinnovabile• dipendenza dall'estero• l'estrazione danneggia la natura• costosa preparazione dei materiali fissili, che richiede già di per sé notevole energia• estrema complessità dell'impianto nucleare• lo stoccaggio delle scorie radioattive non è ancora stato risolto

Energia primaria



energia solare

impianto fotovoltaico

energia elettrica


calore, luce, lavoro mecca-nico ecc.

collettori termici liquido riscaldato scambiatore di calore

acqua calda per la doccia

Vantaggi e svantaggi: • rinnovabile• utilizzabile in molti posti -> produzione locale di energia• non ci sono gas effetto serra• nessun effetto negativo sulla fauna• nessuna produzione di notte, produzione ridotta d'inverno

INS 6

Documentazione per l’insegnante | Lucido 1.

Suddivisione del consumo finale in Svizzera per vettore energetico. (2002)

Fonte: BFE, Schweizerische Gesamtenergiestatistik 2002


Suddivisione del consumo finale in Svizzera per vettore energetico. (2011)

INS 7


Consumo finale di energia 1910-2011 per vettore energetico.


INS 8


Fonte: www.2000watt.ch/2000-watt-gesellschaft

Watt per persona nel confronto mondiale.

INS 9

Scolari e scolare | Foglio di lavoro | Coppie di immagini energia rinnovabile/non rinnovabile.

Fonte: Erneuerbare Energien, Andreas Hügli, 2007, h.e.p. verlag AG

Coppie di immagini.

SeS 1

Scolari e scolare | Foglio di lavoro 1/2.

Energia.

Che cos'è l'energia?La parola energia deriva dal greco antico «energeia» e significa attività, azione efficace. L'energia non è visibile, ma se ne riconosce l'azione, per es. il movimento, l'illuminazione o il riscaldamento di un oggetto. In generale, l'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro.

Da dove proviene l'energia?I vettori energetici sono sostanze il cui contenuto energetico può essere utilizzato per i processi di trasformazione. La maggior parte dei vettori energetici che utilizziamo sulla Terra sono dovuti in ultima analisi al sole.

I vettori energetici primari sono quelli messi a disposizione dalla natura, che non sono stati ancora soggetti a un processo di trasformazione. Rientrano in questo tipo di vettori l'energia idrica, l'energia solare, l'energia eolica, l'energia geotermica, l'energia mareomotrice, la biomassa, il petrolio, il gas natu-rale, l'uranio e il carbone. Tramite i processi di trasformazione nelle centrali elettriche e nelle raffinerie, dall'energia primaria viene ricavata energia secondaria (per es. corrente elettrica, olio da riscaldamento, benzina). Nei processi di trasformazione una parte dell'energia viene sempre dispersa, nelle maggior parte dei casi, sotto forma di calore. È definita energia utile l'energia che alla fine del processo di trasformazione l'uomo utilizza, soprattutto come energia termica, motoria o come luce.

Si distingue tra vettori energetici fossili ed energie rinnovabili. I vettori energetici fossili petrolio, gas naturale e carbone sono composti di idrocarburi, formatisi dalla decomposizione di materiale organico (piante e animali) nel corso di processi geologici di trasformazione durati milioni di anni. Sulla scala dei tempi umana non è più possibile lo sviluppo di nuove energie fossili. Per questo motivo le riserve di energia fossile sono definite come energie non rinnovabili. Anche l'uranio non è rinnovabile. Sono chiamate energie rinnovabili le fonti di energia che sulla scala dei tempi umani non sono praticamente esauribili oppure si rigenerano almeno alla stessa velocità con cui vengono consumate (p. es. energia solare).

Qual è la differenza tra energia primaria e secondaria?

Quali vettori di energia primaria sono rinnovabili?

Quali vettori di energia primaria sono fossili?

Qual è lo svantaggio dei processi di trasformazione?

Rispondete alle seguenti domande.

SeS 2

Scolari e scolare | Foglio di lavoro 2/2.

L'energia si presenta in forme molteplici. L'energia cinetica (dal greco antico kinesis = movimento) è l'energia, che un corpo possiede a causa del proprio movimento. Un ciclista ha energia cinetica.

Viene chiamata energia chimica l'energia contenuta nei legami chimici di atomi o molecole. Questo tipo di energia viene liberato nei processi chimici e trasformato per es. in energia termica. Sono processi di questo tipo la combustione di olio per riscaldamento, la combustione di legna o la metabolizzazione del cibo nel nostro organismo.

L'energia termica è l'energia generata dall'eccitazione degli atomi o delle molecole di una sostanza. Nel linguaggio comune è chiamata anche «calore». La combustione del legno produce energia termica.

L'energia elettrica è un tipo di energia associato all'elettricità, mediante la quale viene trasmessa o immagazzinata. È generata dall'eliminazione di elettroni dal nucleo dell'atomo. Generatori, batterie e cellule solari forniscono energia elettrica, che in natura si manifesta nei campi elettrici generati dai fulmini o dai pesci elettrofori.

La luce è energia radiante. Viene ceduta dal sole, dalla fiamma di una candela o da una lampadina. Il ferro, per esempio, quando è arroventato emette radiazioni luminose visibili. La lampadina, ad esempio, funziona secondo questo principo: la corrente elettrica rende incandescente un filamento di metallo.

Vettori energetici

Forma di energia

Energia radiante

Vettori energetici

Forma di energia

Disegna in ciascun campo un simbolo per i 10 vettori di energia primaria menzionati nella sezione «Da dove proviene l'energia» specificando di quale forma di energia si tratta.

Energia.

SeS 3

Scolari e scolare | Compito di gruppo | Energia (1/6).

Processo di trasformazione dell'energia 1.

1. Ordinate nella sequenza giusta le parole chiave, così da descrivere un processo di trasformazione dell'energia. Per inserire le parole chiave utilizzate la griglia riportata qui sotto.

2. Discutete nel gruppo i vantaggi e gli svantaggi di ciascun vettore energetico e dei processi di trasformazione (da dove proviene il vettore energetico, se il processo di trasformazione energetica richiede già di per sé molta energia, in che modo viene trasportata l'energia, quali sono gli effetti collaterali ecc.).

3. Riassumete tutto su un cartellone e discutetene con la classe.

Parole chiave: Petrolio | calore | olio per riscaldamento | motore a combustione (auto/aereo) | benzina/cherosene | riscaldamento | raffineria | movimento

Energia primaria



Vantaggi e svantaggi:

SeS 4

Tre compiti per voi.





Parole chiave: Energia idrica | apparecchi elettrici (asciugacapelli, boiler, lampada, TV, frullatore ecc.) | centrale idroelettrica (generatore) | calore, luce, lavoro meccanico | energia elettrica

Energia primaria





SeS 5






Parole chiave: centrale eolica (generatore) | calore, luce, lavoro meccanico ecc. | energia elettrica | Energia eolica | apparecchi elettrici (asciugacapelli, boiler, lampada, TV, frullatore ecc.)

Energia primaria





SeS 6






Parole chiave: liquido riscaldato | acqua calda per riscaldamento | Energia geotermica | sonda geotermica | scambiatore di calore

Energia primaria





SeS 7






Parole chiave: energia elettrica | centrale elettronucleare (turbina a vapore e generatore) | calore, luce, lavoro meccanico ecc. | apparecchi elettrici (asciugacapelli, boiler, lampada, TV, frullatore ecc.) | Uranio

Energia primaria





SeS 8


Gen

naio

201

5

FFS SAComunicazione Hilfikerstrasse 13000 Berna 65, Svizzera

ffs.ch/scuole

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