L'energia

Materie:Riassunto
Categoria:Fisica

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Testo

L’ENERGIA
LE FORME DI ENERGIA
L’energia potenziale gravitazionale è l’energia associata a un corpo posto in alto rispetto a un livello di riferimento. Le energie elettrica ed elastica, sono degli esempi di energie macroscopiche, cioè che il nostro occhio può vedere, ma ci sono anche altre energie che noi non vediamo ma ci sono: ad esempio l’energia elettrica che vediamo solo quando si manifesta in altri tipi di energia, come ad esempio raggiante o termica. L’energia chimica è l’energia contenuta nei legami tra le molecole ma anche nei combustibili, nei cibi, nei muscoli,… L’energia nucleare è immagazzinate nel nucleo dell’atomo e può essere liberata soltanto tramite una reazione nucleare. Quando non intervengono reazioni chimiche o nucleari, l’energia “interna” di un corpo dipende dal moto delle sue particelle. In tal caso è chiamata energia termica. L’ energia raggiante è quella associata alla luce e ad altre radiazioni simili. È l’unica energia che non richiede la presenza di materia per trasferirsi da un punto all’altro.
IDENTIFICAZIONE DI UN SISTEMA
Prendendo in esempio il meccanismo della dinamo di una bicicletta, si può compiere la seguente analisi energetica: 1)IDENTIFICAZIONE DEL SISTEMA: il sistema è l’insieme degli oggetti che si vogliono analizzare. La definizione dei “confini” del sistema è arbitraria e i corpi che interagiscono con il sistema stesso sono definiti ambiente. 2)IDENTIFICAZIONE DELLA TRASFORMAZIONE: l’identificazione del sistema avviene quando si identificano lo stato finale e quello iniziale del sistema (nel caso della lampadina lo stato iniziale è spenta e quello finale è accesa). 3)IDENTIFICAZIONE DEGLI SCAMBI DI ENERGIA TRA SISTEMA E AMBIENTE: la lampadina assorbe energia elettrica e cede luce e calore; gli scambi di energia possono avvenire anche all’interno del sistema stesso.
Altri esempi: considerando un sistema formato da una pila e una lampadina, non si ha energia in entrata ma si consuma l’energia accumulata nella pila. Nella batteria di un’automobile sotto carica si ha solo energia in entrata senza uscita perché l’energia si accumula dentro la batteria.
L’energia si conserva, cioè alla fine della trasformazione bisogna trovare la stessa quantità di energia che si aveva all’inizio: questo è il principio di conservazione dell’energia. Si possono avere però diversi casi:
- l’energia in uscita è complessivamente minore di quella in entrata: questo significa che una parte dell’energia è stata immagazzinata
- l’energia in uscita è complessivamente maggiore di quella in entrata: questo significa che insieme all’energia fornita è stata estratta anche dell’altra energia dal sistema
- l’energia in uscita è uguale a quella di entrata: questo significa che il capitale energetico del sistema risulta invariato.
Non è possibile quantificare l’energia totale contenuta in un sistema, ma è possibile misurare la quantità di energia scambiata tra sistema e ambiente.
IL CALORE
Per riscaldare un corpo è necessario metterlo vicino ad un corpo più caldo. Si chiama calore l’energia scambiata tra due corpi e temperatura diversa. Il tempo di riscaldamento e quindi il calore trasferito aumenta in modo proporzionale alla variazione di temperatura dell’acqua riscaldata e alla massa d’acqua.
IL LAVORO
Se si immagina di spostare o sollevare una cassa, durante il sollevamento, alla cassa avviene un trasferimento di energia tramite una forza che produce spostamento. Si chiama lavoro l’energia che tramite forze produce uno spostamento. Il lavoro L necessario a sollevare un oggetto di peso P ad un’altezza Δh aumenta proporzionalmente al peso e all’altezza. L’unità di misura del lavoro è il Joule. 1 joule = quantità di energia che deve essere trasferita al peso di 1 N per sollevarlo di 1 m. il concetto del lavoro può essere applicato a diversi casi. Se una forza F agisce nella stessa direzione in cui avviene lo spostamento il lavoro compiuto sarà dato da: L= F x Δs
L’ENERGIA SI CONSERVA
In tutte le trasformazioni si ha una dissipazione d’energia; in ogni trasformazione o trasferimento una parte d’energia viene ceduta all’ambiente sotto forma di calore e viene perduta, e così alla fine della catena, l’energia utile è una frazione più piccole dell’energia iniziale. Questo fenomeno non è in contraddizione con la legge della conservazione perché che l’energia venga perduta o arrivi in fondo alla catena esiste comunque il conto è in pareggio. Quando si parla di consumo, crisi e risparmio energetico, non si intende la quantità di energia che viene o non viene consumata, ma bensì la quantità che torna utile all’uomo.
IL RENDIMENTO DI UNA TRASFORMAZIONE ENRGETICA
si chiama “rendimento” di una macchina, il rapporto tra l’energia utilizzata e l’energia totale assorbita. η = energia utilizzata/energia assorbita.
Il rendimento non ha unità di misura. Nessuna macchina può avere rendimento maggiore di 1 perché vorrebbe dire che l’energia utilizzata è maggiore di quella assorbita e questo è impossibile. Il rendimento dei motori termici (motori a scoppio,..) è piuttosto basso, circa il 25%. Il rendimento dei sistemi di illuminazione è ancora più basso: tra il 10 e il 20%. I dispositivi che trasformano l’energia elettrica in termica o cinetica hanno rendimenti elevatissimi perché l’energia dissipata è a sua volta energia utile. Anche i motori elettrici hanno un buon rendimento, circa l’80%.
LA POTENZA
Chiamiamo potenza (W) la grandezza che misura la quantità di energia trasformata o trasferita nell’unità di tempo: W= Δe/Δt. L’unità di misura è il watt. La potenza è una grandezza molto utile per quantificare le prestazioni di una macchina. Il kilowattora (kwh) corrisponde all’energia assorbita per un’ora da un convertitore avente potenza di 1000 watt. 1 kwh=1 kw x 1 h= 1000w x 3600 s= 3600000 J =860 Kcal. La potenza, come il rendimento è indice caratteristico di una macchina. Una macchina di maggior potenza non signifaca che abbia maggior rendimento, anzi spesso è vero il contrario (es: una macchina sportiva molto veloce consuma di più di un’utilitaria).
FONTI DI ENERGIA: I COMBUSTIBILI
I combustibili fossili sono molto sfruttati perché possiamo disporne in grandi quantità quando ci fa comodo. Sono fonti non rinnovabili. Per estrarre l’energia dai combustibili bisogna far avvenire la combustione tra ossigeno e alcune sostanze chimiche presenti nel combustibile. Uno dei criteri di valutazione del pregio di un combustibile è il contenuto di idrogeno.

LE PROPRIETA’ DELL’ENERGIA
-L’ENERGIA SI TRASFERISCE: può trasferirsi da un corpo all’altro -L’ENERGIA SI ACCUMULA: si può immagazzinare in un sistema -L’ENERGIA SI TRASFORMA: l’energia appare in tutte le trasformazioni reali -L’ENERGIA SI CONSERVA: la sua quantità si mantiene costante nel tempo -L’ENERGIA SI DISSIPA: l’energia non si può ne creare ne distruggere, ma nei trasferimenti e nelle trasformazioni una parte viene persa nell’ambiente.

L’ENERGIA
LE FORME DI ENERGIA
L’energia potenziale gravitazionale è l’energia associata a un corpo posto in alto rispetto a un livello di riferimento. Le energie elettrica ed elastica, sono degli esempi di energie macroscopiche, cioè che il nostro occhio può vedere, ma ci sono anche altre energie che noi non vediamo ma ci sono: ad esempio l’energia elettrica che vediamo solo quando si manifesta in altri tipi di energia, come ad esempio raggiante o termica. L’energia chimica è l’energia contenuta nei legami tra le molecole ma anche nei combustibili, nei cibi, nei muscoli,… L’energia nucleare è immagazzinate nel nucleo dell’atomo e può essere liberata soltanto tramite una reazione nucleare. Quando non intervengono reazioni chimiche o nucleari, l’energia “interna” di un corpo dipende dal moto delle sue particelle. In tal caso è chiamata energia termica. L’ energia raggiante è quella associata alla luce e ad altre radiazioni simili. È l’unica energia che non richiede la presenza di materia per trasferirsi da un punto all’altro.
IDENTIFICAZIONE DI UN SISTEMA
Prendendo in esempio il meccanismo della dinamo di una bicicletta, si può compiere la seguente analisi energetica: 1)IDENTIFICAZIONE DEL SISTEMA: il sistema è l’insieme degli oggetti che si vogliono analizzare. La definizione dei “confini” del sistema è arbitraria e i corpi che interagiscono con il sistema stesso sono definiti ambiente. 2)IDENTIFICAZIONE DELLA TRASFORMAZIONE: l’identificazione del sistema avviene quando si identificano lo stato finale e quello iniziale del sistema (nel caso della lampadina lo stato iniziale è spenta e quello finale è accesa). 3)IDENTIFICAZIONE DEGLI SCAMBI DI ENERGIA TRA SISTEMA E AMBIENTE: la lampadina assorbe energia elettrica e cede luce e calore; gli scambi di energia possono avvenire anche all’interno del sistema stesso.
Altri esempi: considerando un sistema formato da una pila e una lampadina, non si ha energia in entrata ma si consuma l’energia accumulata nella pila. Nella batteria di un’automobile sotto carica si ha solo energia in entrata senza uscita perché l’energia si accumula dentro la batteria.
L’energia si conserva, cioè alla fine della trasformazione bisogna trovare la stessa quantità di energia che si aveva all’inizio: questo è il principio di conservazione dell’energia. Si possono avere però diversi casi:
- l’energia in uscita è complessivamente minore di quella in entrata: questo significa che una parte dell’energia è stata immagazzinata
- l’energia in uscita è complessivamente maggiore di quella in entrata: questo significa che insieme all’energia fornita è stata estratta anche dell’altra energia dal sistema
- l’energia in uscita è uguale a quella di entrata: questo significa che il capitale energetico del sistema risulta invariato.
Non è possibile quantificare l’energia totale contenuta in un sistema, ma è possibile misurare la quantità di energia scambiata tra sistema e ambiente.
IL CALORE
Per riscaldare un corpo è necessario metterlo vicino ad un corpo più caldo. Si chiama calore l’energia scambiata tra due corpi e temperatura diversa. Il tempo di riscaldamento e quindi il calore trasferito aumenta in modo proporzionale alla variazione di temperatura dell’acqua riscaldata e alla massa d’acqua.
IL LAVORO
Se si immagina di spostare o sollevare una cassa, durante il sollevamento, alla cassa avviene un trasferimento di energia tramite una forza che produce spostamento. Si chiama lavoro l’energia che tramite forze produce uno spostamento. Il lavoro L necessario a sollevare un oggetto di peso P ad un’altezza Δh aumenta proporzionalmente al peso e all’altezza. L’unità di misura del lavoro è il Joule. 1 joule = quantità di energia che deve essere trasferita al peso di 1 N per sollevarlo di 1 m. il concetto del lavoro può essere applicato a diversi casi. Se una forza F agisce nella stessa direzione in cui avviene lo spostamento il lavoro compiuto sarà dato da: L= F x Δs
L’ENERGIA SI CONSERVA
In tutte le trasformazioni si ha una dissipazione d’energia; in ogni trasformazione o trasferimento una parte d’energia viene ceduta all’ambiente sotto forma di calore e viene perduta, e così alla fine della catena, l’energia utile è una frazione più piccole dell’energia iniziale. Questo fenomeno non è in contraddizione con la legge della conservazione perché che l’energia venga perduta o arrivi in fondo alla catena esiste comunque il conto è in pareggio. Quando si parla di consumo, crisi e risparmio energetico, non si intende la quantità di energia che viene o non viene consumata, ma bensì la quantità che torna utile all’uomo.
IL RENDIMENTO DI UNA TRASFORMAZIONE ENRGETICA
si chiama “rendimento” di una macchina, il rapporto tra l’energia utilizzata e l’energia totale assorbita. η = energia utilizzata/energia assorbita.
Il rendimento non ha unità di misura. Nessuna macchina può avere rendimento maggiore di 1 perché vorrebbe dire che l’energia utilizzata è maggiore di quella assorbita e questo è impossibile. Il rendimento dei motori termici (motori a scoppio,..) è piuttosto basso, circa il 25%. Il rendimento dei sistemi di illuminazione è ancora più basso: tra il 10 e il 20%. I dispositivi che trasformano l’energia elettrica in termica o cinetica hanno rendimenti elevatissimi perché l’energia dissipata è a sua volta energia utile. Anche i motori elettrici hanno un buon rendimento, circa l’80%.
LA POTENZA
Chiamiamo potenza (W) la grandezza che misura la quantità di energia trasformata o trasferita nell’unità di tempo: W= Δe/Δt. L’unità di misura è il watt. La potenza è una grandezza molto utile per quantificare le prestazioni di una macchina. Il kilowattora (kwh) corrisponde all’energia assorbita per un’ora da un convertitore avente potenza di 1000 watt. 1 kwh=1 kw x 1 h= 1000w x 3600 s= 3600000 J =860 Kcal. La potenza, come il rendimento è indice caratteristico di una macchina. Una macchina di maggior potenza non signifaca che abbia maggior rendimento, anzi spesso è vero il contrario (es: una macchina sportiva molto veloce consuma di più di un’utilitaria).
FONTI DI ENERGIA: I COMBUSTIBILI
I combustibili fossili sono molto sfruttati perché possiamo disporne in grandi quantità quando ci fa comodo. Sono fonti non rinnovabili. Per estrarre l’energia dai combustibili bisogna far avvenire la combustione tra ossigeno e alcune sostanze chimiche presenti nel combustibile. Uno dei criteri di valutazione del pregio di un combustibile è il contenuto di idrogeno.

LE PROPRIETA’ DELL’ENERGIA
-L’ENERGIA SI TRASFERISCE: può trasferirsi da un corpo all’altro -L’ENERGIA SI ACCUMULA: si può immagazzinare in un sistema -L’ENERGIA SI TRASFORMA: l’energia appare in tutte le trasformazioni reali -L’ENERGIA SI CONSERVA: la sua quantità si mantiene costante nel tempo -L’ENERGIA SI DISSIPA: l’energia non si può ne creare ne distruggere, ma nei trasferimenti e nelle trasformazioni una parte viene persa nell’ambiente.

Esempio



  


  1. Giorgia

    Sto cercando un riassunto su come è nato l'universo,un po di astronomia. X domani! Grazie!


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