1. Energia e Portatori di Energia

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1 1. Energia e Portatori di Energia 1.1. Cosa hanno in comune benzina, pane ed elettricità? I tappeti volanti esistono solo nelle favole. Sarebbe troppo bello se esistessero veramente. Con un tappeto volante si risparmierebbero molti soldi, dal momento che non necessita di benzina per volare. Per viaggiare abbiamo però sempre bisogno di un propellente, indipendentemente dal tipo di viaggio che affrontiamo. Se prendiamo come esempio l automobile, abbiamo bisogno di benzina. Se viaggiamo invece con la ferrovia, allora avremo bisogno di diesel, elettricità o carbone, a dipendenza del tipo di locomotiva che trainerà il convoglio. Se voliamo invece con un aeroplano, allora avremo bisogno di cherosene. Anche quando viaggiamo con un cavallo o a piedi abbiamo bisogno di un propellente: il cavallo ha bisogno di fieno e paglia, anche noi di cibo. Indipendentemente dal modo in cui viaggiamo abbiamo bisogno di un propellente: benzina, diesel, cherosene, carbone, fieno, cibo. Tutti questi propellenti ci permettono di compiere un viaggio. Essi hanno infatti qualcosa in comune: contengono energia! Per viaggiare non abbiamo quindi bisogno di un particolare propellente, bensì dell energia in esso contenuta. Noi abbiamo bisogno di energia non solo per viaggiare, ne abbiamo bisogno anche per svolgere altre attività, ad esempio per riscaldare la casa. Così come per viaggiare possiamo utilizzare diversi propellenti, anche per riscaldare la casa possiamo rivolgerci a differenti combustibili come ad esempio carbone, legno, gas o elettricità. Anche in questo caso ciò che interessa non è il tipo di combustibile, bensì ciò che li accomuna e più precisamente l energia che contengono e che possono liberare. I mezzi di trasporto hanno bisogno di energia per muoversi, le stufe hanno bisogno di energia per riscaldare. Ci sono anche molti altri apparecchi che hanno bisogno di energia per funzionare: un tosaerba può ricevere energia tramite benzina o elettricità. Un trattore riceve energia dal carburante, una lampadina dall elettricità. Un aeroplano fa il pieno di cherosene Una stazione di rifornimento del passato Riassunto: Molti apparecchi e macchine, così come gli esseri viventi, hanno bisogno di energia per funzionare. Si può ricevere energia ad esempio tramite combustibile, cibo, carburante. 1. Energia e Portatori di Energia 1

2 Esercizi: 1. In che modo ci si può spostare da una città a un altra? Quali propellenti si possono usare? 2. Nelle immagini 3 e 4 riportate di seguito si consuma energia. Quale propellente viene utilizzato? 3. Elenca alcune macchine ed indica il tipo di propellente che utilizzano. 4. Cosa hanno in comune combustibili, cibo, elettricità? Quale propellente viene usato? Quale propellente viene usato? Diversi propellenti per dei battelli Da quale propellente ricevono energia le seguenti imbarcazioni? 2 1. Energia e Portatori di Energia

3 1.2. Non c è energia senza portatore I propellenti citati in precedenza contengono energia. Per questo motivo li chiameremo con il termine di portatori di energia. I combustibili carbone, olio da riscaldamento, gas e legno sono dei portatori di energia: portano energia alla stufa. L elettricità è un portatore di energia. Porta energia ai forni elettrici, alle lampadine, e ad altri apparecchi elettrici. I carburanti benzina e diesel sono portatori di energia. Portano energia al motore a benzina e al motore diesel. Il cibo è un portatore di energia. L uomo ha bisogno di energia per vivere. Più si affatica e più necessita di energia, e più dovrà mangiare. Se per riscaldare si ha bisogno di energia, perché non gettare direttamente energia senza portatore nella stufa, cioè senza ricorrere a carbone che produce solo ceneri e fumo? Se ciò fosse possibile lo si farebbe! Questo però purtroppo non è possibile! Non c è energia senza portatore! Puoi immaginarti l energia come una specie di sostanza contenuta nei propellenti, come dell acqua contenuta in una spugna. Se però è possibile ricavare l acqua dalla spugna in modo da avere acqua senza spugna, questo non si può fare con l energia. Non c è energia senza portatore! NAFTA Le porto la nafta! Ma io ho comandato energia! Riassunto: Combustibile, cibo, carburante, elettricità sono esempi di portatori di energia. Non c è energia senza portatore. Esercizi: 1. Perché per viaggiare o per riscaldare non si usa semplicemente energia senza portatore? 2. Elenca degli apparecchi che ricevono energia tramite: a) elettricità b) benzina c) carbone 3. Tramite quali portatori ricevete a casa l energia? 4. Un prato può essere tosato in modi diversi. Qual è il portatore di energia necessario nei diversi casi? 5. Una pecora tosa l erba del giardino. Da quale portatore la pecora riceve l energia per tosare l erba? 6. Da quali portatori ricevono l energia le macchine presenti in un cantiere? 1. Energia e Portatori di Energia 3

4 Non solo l energia ha un portatore Che qualche cosa necessiti di un portatore non è una novità. Tutti i mezzi di trasporto, automobili, treni, battelli, aeroplani potrebbero essere considerati portatori di uomini. Al contrario dell energia però gli uomini possono muoversi anche senza mezzi di trasporto, cioè senza portatori. Un secchio, un tubo, una cisterna sono differenti portatori di acqua. Una banconota, una moneta, un francobollo, un gioiello d oro, sono esempi di portatori di valore. Oggetti invisibili L energia non si può vedere. Se ci pensi vi sono altre cose che non puoi vedere. L aria è invisibile, non la percepisci con gli occhi, la puoi vedere con altri sensi. Quando sciogli una zolletta di zucchero in acqua, lo zucchero diventa invisibile. Ciononostante non dubiti della presenza dello zucchero nell acqua, non fosse altro per il fatto che l acqua è diventata dolce. Con l energia si ha una situazione simile. Non la si può vedere ma la si riconosce per i suoi effetti. Con l energia si può ad esempio riscaldare un appartamento o far funzionare un aeroplano Come contabilizzare l energia 1 kg di carbon fossile 1 kg di carbonella 1 kg di legna verde 1 kg di legna secca 1 kg di gas propano 1 kg di nafta (diesel) 1 kg di benzina '000 kj 20'000 kj 8'000 kj 17'000 kj 46'000 kj 42'000 kj 43'000 kj 1 kg di carne magra 5'000 kj 1 kg di carne grassa 16'000 kj 1 kg di pesce 3'000 kj 1 kg di lardo 32'000 kj 1 kg di salame 22'000 kj 1 kg di formaggio semigrasso 13'000 kj 1 kg di burro 32'000 kj 1 kg di farina 15'000 kj 1 kg di pane 11'000 kj 1 kg di riso 16'000 kj 1 kg di pasta 16'000 kj 1 kg di patate 4'000 kj 1 kg di piselli verdi 3'000 kj 1 kg di uova di gallina 6'000 kj 1 kg di zucchero 16'000 kj 1 kg di cioccolato 24'000 kj 1 kg di mele 2'500 kj 1 kg di acqua 0 kj 1 kg di succo di mele 2'000 kj 1 kg di birra 10'000 kj Quando si costruisce una casa, bisogna anche decidere quale sistema di riscaldamento si vuole adottare. Si riscalda con olio da riscaldamento, con carbone o con gas? La decisione presa condizionerà di certo la spesa per il riscaldamento della casa. Supponiamo che 1 kg di olio di riscaldamento costi 1 Fr., mentre 1 kg di carbonella solo 30 centesimi. Se questi sono i prezzi, è vantaggioso utilizzare la carbonella per il riscaldamento? La risposta a questa domanda non è così semplice come forse può apparire a prima vista! Quanto caldo sarà il mio appartamento, non dipenderà solo e semplicemente dalla quantità di combustibile, ma anche e soprattutto dalla quantità di energia che il portatore scelto porta con sé! Nella tabella è elencata la quantità di energia trasportata da alcuni combustibili. Ad esempio 1 kg di carbone trasporta 30'000 kj. Il kj è l abbreviazione di chilojoule. Il joule è l unità di misura dell energia, così come il metro è l unità di misura della lunghezza o il grammo quella della massa. Il prefisso kilo (k, leggi chilo) indica 1'000; 1kg = 1'000 g, 1 km = 1'000 m, 1 kj = 1'000 J. Nelle tabelle precedenti non figura il contenuto energetico dell elettricità, che come abbiamo visto è anche un portatore di energia. Non c è poiché l elettricità non può essere misurata in kg. Non si può dire: 1 kg di elettricità contiene una certa quantità di kj. Ciononostante è possibile quantificare l energia che l elettricità trasporta nelle nostre case. Ciò avviene con degli apparecchi che si chiamano contatori di corrente. Riassunto: L unità di misura dell energia è il joule [J] Energia e Portatori di Energia

5 Esercizi: 1. Qual è il combustibile riportato nella tabella 6 che trasporta più energia e quale quello che ne trasporta meno? 2. Cosa significa il prefisso chilo? 3. A casa prova a guardare su quali alimenti figura un etichetta con il contenuto energetico. Confronta i dati con quelli della tabella Quali alimenti contengono più e quali meno energia? 5. A cosa è dovuto il fatto che frutta e verdura contengono così poca energia? 6. Ogni giorno hai bisogno di circa 10'000 kj per vivere. Quante tavolette di cioccolata (di 100 g) contengono questa quantità di energia? kcal, kj? A volte capita di sentir dire che un cibo contiene un certo numero di calorie. Cosa si intende con questa affermazione? La caloria è una vecchia unità di misura dell energia. È stata sostituita dalla nuova unità joule. Di certo avrai già notato che per alcune cose vi sono differenti unità di misura. In passato la distanza veniva ad esempio misurata in leghe, oggi si utilizza il metro come unità di misura. Alcune unità di misura differiscono poi anche da paese a paese. Ad esempio in America ancor oggi si utilizza il piede come unità di misura della distanza. Un piede corrisponde a 0,305 metri. Il joule, così come il metro e il chilogrammo, appartengono alle unità di misura del sistema internazionale. Tutti i paesi dovranno adeguarsi al sistema internazionale di misura. Se ti dovesse comunque capitare di incontrare la caloria come unità di misura dell energia, sappi che 1 cal = 4,2 J. Da dove provengono carbone, petrolio e gas naturale? Il carbone si trova nella Terra. Ha origine da alberi cresciuti circa 300 milioni di anni fa e che sono rimasti sepolti. Petrolio e gas naturale hanno origine da piccoli organismi vissuti anch essi molto tempo fa. Strato impermeabile Gas naturale Petrolio Rocce porose Strato impermeabile 1. Energia e Portatori di Energia 5

6 Lo zucchero brucia Dalla tabella 7 (pagina 4) puoi notare che i dolci contengono molti kj. Questo si può riconoscere anche dal fatto che lo zucchero brucia. Non è comunque facile accenderlo. Prendi una zolletta di zucchero e ponila sopra un fiammifero acceso. Lo zucchero non brucia. Se però cospargi la zolletta con un po di cenere e la poni sopra la fiamma del fiammifero, vedrai che comincia a bruciare. Quel che brucia non è la cenere, bensì lo zucchero. Durante la combustione infatti la cenere non diminuisce. Come vedi si potrebbe utilizzare lo zucchero quale materiale da riscaldamento. Se fosse meno costoso probabilmente lo si farebbe. In Brasile vi sono automobili che utilizzano lo zucchero quale combustibile. In verità lo zucchero viene trasformato in alcol (tramite un processo chiamato fermentazione). Parte dell energia che prima era contenuta nello zucchero si trova dopo nell alcol. L alcol può quindi essere acquistato alla stazione di servizio come la benzina da noi L uomo e la macchina non vivono di sola energia Un automobile ha bisogno di benzina per ricevere energia. Ha anche però bisogno di olio, di freni, di pneumatici, eccetera. Niente di questo dà energia all automobile. Ciò che vale per l automobile vale anche per l uomo. Il cibo che l uomo ingerisce serve solo in parte a coprire il suo fabbisogno energetico. Soprattutto i cosiddetti glucidi e lipidi contenuti nel cibo sono portatori di energia per l uomo. Le proteine, le vitamine e altre componenti vengono utilizzate per fare in modo che il tutto funzioni : rimpiazzare e costruire parti del corpo, regolarne il funzionamento. Non tutto ciò di cui una macchina o un essere vivente necessita serve al suo approvvigionamento di energia Quando si ha bisogno di tanta e quando di poca energia? Per quali attività si necessita di molta rispettivamente di poca energia? Ciò dipende ovviamente dalla durata dell attività! Se voglio confrontare il consumo energetico di due macchine o di due esseri viventi, devo considerare quanta energia utilizzano in uno stesso intervallo di tempo! 6 1. Energia e Portatori di Energia