Energia

Materie:	Tesina
Categoria:	Scienze
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Data:	28.02.2007
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L'energia è la capacità di compiere un lavoro.
L'energia all'origine è immagazzinata in alcuni materiali che si chiamano fonti di energia e si dividono in:esauribili e rinnovabili.
Le fonti di energia ESAURIBILI sfruttano combustibili fossili come la legna, il carbone, il petrolio e il gas naturale ma anche un minerale radioattivo: l'uranio.
Le fonti RINNOVABILI invece vengono rigenerate dalla natura via via che vengono utilizzate e sono:l'acqua il vento, la forza muscolare, le onde marine, i raggi solari, la geotermia e la bio-massa
L' energia non può essere ne distrutta ne creata ma solamente trasformata tra le diverse forme di energia: l'energia meccanica, cinetica, potenziale, termica, chimica e elettrica.
L'energia elettrica viene utilizzata molto perché si può facilmente trasportare, immagazzinare è trasformarla in altre forme.
Fonti esauribili:
Le fonti esauribili sono quelle fonti che la natura non è il grado di rigenerare. Queste fonti sono più utilizzate di quelle rinnovabili perché hanno più resa e sono più facilmente utilizzabili.
Le fonti esauribili sono: la legna, il carbone, il petrolio, il gas, l'uranio e la co-combustione.
La legna:
La legna e stata il principale combustibile per uso domestico fino ad oggi e viène usata da circa 1/3 della popolazione mondiale, soprattutto in Asia, Africa e America Latina. La legna e meta utilizzata perché viene definita "energia a basso costo" e viene utilizzata in molti paesi soprattutto nei paesi meno sviluppati.
Il carbone:
Il carbone è stato usato fin dall'antichità ma su larga scala solo a partire dal XIX secolo ed è stata la principale fonte di energia ed è arrivata anche a coprire il 90% del fabbisogno mondiale. Il declino dell'utilizzo del carbone è stato causato dalla scoperta del petrolio più facile da utilizzare e da lavorare. Il carbone si è formato da intere foreste rimaste sotterrate e per l'azione di batteri. Il carbone viene estratto sia da miniere a cielo aperto e sia da miniere sotterrane che pero presentano diversi problemi, come allagamenti e sprigionamenti di un gas infiammabile e velenoso chiamato grisou. Esistono diversi tipi di carbone dal più antico al più recente: l'antracite, la litantrace, la lignite e la torba. I maggiori produttori di carbone sono: gli USA, la Cina, l'ex Unione Sovietica, il Canada, il Sud Africa, la Germania e l'Inghilterra. A causa degli alti costi del petrolio si stanno cercando di trovare metodi per liquefare e gassificare il carbone rimpiazzando i derivati del petrolio.

Il petrolio:
Il petrolio era noto in alcune zone dove affiorava naturalmente fin dall'antichità ma si inizio ad utilizzarlo solo nel 1859 quando vennero scavati, in Pennsylvania, i primi pozzi profondi.
Il petrolio è un liquido di colore bruno verdastro ed è una miscela di diversi idrocarburi e si trova in giacimenti a diverse profondità.
Si è formato in seguito alla compressione e alla decomposizione degli organismi animali e vegetali coperti da sedimenti sotto il mare o la crosta terrestre.
I maggiori produttori di petrolio sono: Medio Oriente, USA, ex Unione Sovietica, Indonesia, Cina e il Venezuela.
Il petrolio prima di essere utilizzato deve essere distillato prima dentro una torre detta "topping" che separa in ordine dall'alto il Gas (gpl), le benzine leggere, le benzine pesanti, il cherosene, il gasolio, gli oli pesanti infine il residuo utilizzato per produrre bitume. I prodotti di questa distillazione non sono ancora utilizzabili e quindi subiscono altre distillazioni, soprattutto le benzine che vengono prodotte anche utilizzando il gasolio e il cherosene che sottoposti a forti pressioni ed alte temperature rompono la loro struttura chimica producendo benzine.
Il gas:
Il gas naturale è una miscela di idrocarburi gassosi la cui origine e simile a quella del petrolio. Nella maggior parte dei casi, infatti, petrolio e gas si trovano assieme, ma talvolta si possono trovare giacimenti di solo gas. Il più abbondante fra essi è il metano, di cui l’unione sovietica possiede i giacimenti più ricchi. Oggi il metano è largamente utilizzato per usi domestici, per riscaldamento, e viene trasportato dai giacimenti ai luoghi di consumo mediante lunghissimi gasdotti che passano attraverso intere nazioni, oppure con navi metaniere, nelle quali viene mantenuto allo stato liquido sotto pressione a –162°C. Il gas naturale è un combustibile gassoso fossile costituito da idrocarburi, essenzialmente metano (CH4), originato dalla decomposizione di residui organici, animali e vegetali, a opera di batteri anaerobi. Si estrae tramite impianti di perforazione e pompaggio.
L’uranio:
Dopo la seconda guerra mondiale sono entrate in funzione le prime centrali nucleare cioè che producono energia termica sfruttando l'uranio 235, un elemento radioattivo.
Di solito si crede che l'energia nucleare sia disponibile in quantità illimitata ma non è così perché le scorte di uranio sono 1/4 di quelle di petrolio e si calcola che si esauriranno fra qualche decennio.
L' uranio e abbastanza diffuso ma per produrre una tonnellata di uranio 235 bisogna estrarne almeno 4 e si producono durante la lavorazione e l'utilizzo pericolose scorie radioattive che vengono accantonate.
Si stanno sperimentando centrali nucleari chiamate autofertilizzanti cioè che producono plutonio elemento radioattivo molto pericoloso non esistente in natura.
Vista la pericolosità della radioattività per l'uomo e per l'ambiente si sta cercando di produrre più energia con le fonti rinnovabili.
Fonti rinnovabili:
Le fonti rinnovabili sono quelle fonti che la natura è in grado di rigenerare. Attualmente sono meno utilizzate di quelle ESAURIBILI perché hanno meno resa.
Le fonti rinnovabili sono: IL VENTO, L’ACQUA, LA FORZA MUSCOLARE, LE ONDE MARINE, IL SOLE, LA GEOTERMIA E LA BIO-MASSA.
IL vento:
L’energia prodotta dai venti è detta anche energia eolica dal mitologico Eolo, re dei venti. I primi a sfruttare l’energia eolica furono probabilmente i Sumeri che costruirono imbarcazioni dotate al centro di un solo albero, che reggeva una vela rettangolare. Poi col tempo furono adottate vele diverse che consentivano di utilizzare meglio il vento anche quando non spirava la poppa. Da epoche lontanissime l’energia del vento è utilizzata per azionare macchine semplici, come i mulini a vento per macinare i cereali e le pompe per sollevare acqua. I mulini a vento furono inventati nell’antica Persia e in Europa si diffusero nel XII secolo. Furono dotati di pale libere di ruotare intorno ad un asse orizzontale, in modo che il mulino poteva a sua volta ruotare nella direzione del vento. Ancor oggi sono in funzione molti mulini in Grecia e in Spagna. In Olanda vengono utilizzati per convogliare l’acqua stagnante nei canali di scolo, che attraversano tutto il paese. L’invenzione della macchina a vapore, che utilizza carbone o olii combustibili, fece abbandonare quasi completamente l’energia eolica. L’eolica ha certamente un futuro, ma il suo attuale contributo alla produzione di energia e piuttosto limitato. Esistono però zone dove i venti spirano con regolarità per tutto l'anno, come ad esempio le coste e le isole: è proprio in queste località che risulta conveniente installare degli capaci di catturare l'energia del vento e di trasformarla in energia meccanica e successivamente in energia elettrica
L’acqua:
Una fonte antichissima di energia è l’acqua. Mulini ed altre macchine di piccole dimensioni sono state azionate per secoli dall’energia dell’acqua corrente. A metà del secolo scorso fu fatta una grande una grande scoperta la turbina, costituita da una ruota su cui sono montate delle pale che possono essere messe in movimento da un fluido (acqua, vapore o gas). La turbina idraulica è in grado di trasformare l’energia di una caduta d’acqua in energia meccanica che a sua volta genera dell’elettricità. Cosi le acque dei fiumi, quelle delle cascate e dei laghi, dei bacini artificiali sono immesse in condotte per essere avviate alle centrali idroelettriche. Fu una vera fortuna per i paesi poveri di miniere di carbone come l’Italia che poté elettrificare la sua rete ferroviaria e rifornire di energia città ed industrie. L’energia elettrica di origine idrica è la meno inquinante, ma è pericolosa per l’ambiente a causa delle dighe di contenimento dei bacini idrici. La maggior parte dell’energia elettrica prodotta in Italia attualmente deriva da petrolio e carbone. Anche il mare con le onde e le maree può essere considerato una fonte di energia idrica.
Le onde marine:
Anche l’acqua del mare può essere utilizzata per produrre energia elettrica. Da qualche tempo esistono centrali mareomotrici che sfruttano il fenomeno dell’alta e della bassa marea quando il dislivello è almeno 10 km, per ciò questi impianti sono realizzabili solo in poche zone. Una grande centrale mareomotricie esiste in Francia, alla foce del fiume Rance.
Il sole:
Tutta l’energia della terra dal sole. Ogni ora il sole fa giungere a noi una quantità di energia,che corrisponde a quella che si ricaverebbe facendo venti miliardi di tonnellate di carbone. Sono in corso studi per utilizzare direttamente l’energia solare per il riscaldamento delle abitazioni e già si sono realizzate alcune applicazioni creando batterie di pannelli solari capaci di scaldare dell’acqua.
Oggi si tende ad utilizzare la luce solare per produrre energia con cellule al silicio, ognuna viene esposta al sole è capace di fornire un watt di corrente.
L’energia solare è disponibile in quantità illimitata e rappresenta per l’uomo una risorsa facilmente reperibile e non inquinante, tuttavia non e ancora stato trovato un metodo sufficientemente economico per sfruttare su larga scala, perché e difficile da captare e da immaganizzare. Inoltre, la distribuzione dell’energia solare sulla superficie terrestre dipende dalla latitudine, dalle stagioni e dalle ore della giornata e risolta essere reperibile in quantità minore proprio nei paesi più industrializzati è maggiore la richiesta di energia. Il metodo più diffuso e più semplice per catturare l’energia solare è quello che utilizza i pannelli solari: meno diffusi sono gli specchi solari e le celle fotovoltaiche al silicio. Queste ultime, esposte al sole, trasformano in energia elettrica il 13% dell’energia solare. Il costo elevato e ciò ne limita l’uso che e riservato alle apparecchiature scientifiche e ai satelliti lanciati nello spazio.
La geotermia:
Sotto terra, a profondità variabili, vi sono grandi depositi di magma ad altissime temperature. Il magma, infiltrandosi nelle spaccature della crosta terrestre, può risalire in superficie dando luogo ai fenomeni vulcanici, oppure riscaldare l’acqua delle falde sotterranee. La crosta terrestre racchiude enormi quantità di energia termica che può essere sfruttata solo in alcune zone della terra. In Islanda, per esempio, da molti anni, l’energia geotermica dei geyser, getti d’acqua bollente, viene la disponibilità di energia geotermica è elevata, ma fino ad ora essa viene sfruttata solo a Larderello, in Toscana, dove fin dal 1904 il vapore che fuoriesce dai soffioni boraciferi è convertito in elettricità.
L’energia geotermica e dovuto al calore interno della terra, la cui temperatura aumenta con la profondità fino a raggiungere i 6000 c°. In alcuni luoghi della superficie terrestre si riscontrano temperature elevate già a piccole profondità, in quanto nella crosta terrestre esistono linee di frattura, attraverso le quali il calore trasportato dal magma dei vulcani, o scalda l’acqua delle falde sotterranee. Da molti secoli l’uomo fa uso di questa importante fonte di energia naturale.
La bio-massa:
La biomassa è l'insieme delle sostanze di rifiuto che derivano dagli scarti della lavorazione delle piante industriali e dalle stalle che viene utilizzato per produrre energia (soprattutto in aziende agricole dove il gas prodotto soddisfa il bisogno di energia e elimina la maggior parte dei rifiuti). In speciali impianti chiamati "digestori" dove si produce grazie all'azione di speciali batteri anaerobici (che vivono in assenza di ossigeno) un gas che è composto da circa il 70% da metano adatto alla produzione di energia elettrica come il petrolio
Forme di energie:
Energia meccanica:
L’energia meccanica comprende sia l’energia cinetica posseduta dai corpi, sia l’energia potenziale, come per esempio quella derivante dalla gravità, che può essere trasformata in energia cinetica. Con la rivoluzione industriale aumentò il fabbisogno di energia meccanica, non solo per le attività tradizionali, come sollevare acqua dai pozzi o macinare i cereali, ma soprattutto per far funzionare meccanismi sempre più numerosi e complessi: le macchine. Vi sono poi le macchine motrici o motori, che trasformano in energia meccanica altre forme di energia.
L' energia potenziale è paragonabile ad una massa d'acqua in una diga che non compie nessun lavoro ma se viene liberata è in grado di compierlo e si trasforma in ENERGIA CINETICA. In pratica l' energia potenziale è un energia che è presente ma non viene utilizzata e quando viene liberata si trasforma in ENERGIA CINETICA. Sono esempi di energia potenziale un libro su di un tavolo, un arco teso, ecc...
L'energia cinetica è posseduta da tutti i corpi in movimento: un auto in corsa, il vento, un pallone che si muove ecc... L'energia cinetica e l' energia potenziale si indicano con il nome di energia meccanica
Energia termica:
L’energia termica è il calore in grado di sollevare il coperchio di una pentola o di far funzionare una macchina a vapore, oppure una turbina per produrre energia elettrica.
L’energia termica di un corpo è quindi l’energia che deriva dal degli atomi che lo compongono.
Essa è spesso usata direttamente dall’uomo, per esempio per scaldare il proprio corpo e gli ambienti in cui vive.
Energia chimica:
L’energia chimica e una forma di energia potenziale, immagazzinata nella materia. Essa deriva dalle forze di attrazione che tengono insieme gli atomi nei composti chimici. Nelle trasformazioni chimiche, rotture di legami portano a cambiamenti del valore complessivo di energia chimica dei reagenti e dei prodotti, con assorbimento di energia dall’esterno o con liberazione di una parte di energia chimica
Energia elettrica:
L’energia elettrica si produce trasformando altre fonti di energia e per questo viene chiamata secondaria.
L’energia elettrica è molto utilizzata perché quando serve è subito disponibile, si può trasportare per molti chilometri, senza grandi perdite, non produce residui dove si utilizza e si può facilmente ritrasformare in altre fonti di energia.
Il consumo di energia elettrica è in continuo aumento in tutti i paesi, sia sviluppati che in via di sviluppo.
Ultimamente si sta cercando di produrre energia elettrica utilizzando soprattutto fonti rinnovabili mentre fino a 10 anni fa si produceva solamente con fonti esauribili che producono molto inquinamento e durante la trasformazione dell’energia si hanno perdite del 40-50%.
Per ridurre l’inquinamento bisogna consumare di meno, anche in casa.