2. Fonti di Energia e Ricevitori di Energia

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1 2. Fonti di e Ricevitori di 2.1. Da dove proviene l energia e dove va? La figura 1 mostra una stufa a nafta e il modo in cui viene rifornita di energia. La stufa a nafta si trova nella camera, la cisterna della nafta in cantina. La nafta viene pompata attraverso un tubo dalla cisterna alla camera. La nafta trasporta l energia dalla cisterna alla stufa. Chiamiamo la cisterna fonte di energia e la stufa ricevitore di energia. La figura 2 mostra il motore di un automobile con il dispositivo di approvvigionamento di energia. Nella maggior parte delle automobili il motore si trova nella parte anteriore, il serbatoio in quella posteriore. La benzina viene pompata attraverso un tubo dal serbatoio al motore. Il tubo trasporta la benzina dal serbatoio al motore. Chiamiamo il serbatoio fonte di energia e il motore ricevitore di energia. La figura 3 mostra una lampadina con il suo dispositivo di approvvigionamento di energia. L energia arriva con il portatore elettricità dalla centrale elettrica. In questo caso chiamiamo la centrale elettrica fonte di energia e la lampadina ricevitore di e- nergia. Nella figura 4 le batterie nella scatola bianca rappresentano la fonte di energia, mentre il motorino della gru è il ricevitore dell energia. In ogni situazione in cui si ha un flusso di energia (ovviamente assieme al flusso del rispettivo portatore) puoi indicare qual è la fonte e quale il ricevitore. Ripercorrendo a ritroso il tragitto del portatore di energia a ritroso fino al punto di partenza, arrivi alla fonte di energia. Percorri invece il percorso in avanti fino alla fine, arrivi al ricevitore. Pompa Cisterna Centrale elettrica Riassunto: Ogni portatore di energia trasporta energia da una fonte a un ricevitore. 2. Fonti di e Ricevitori di 7

2 Esercizio Cita alcuni portatori di energia e per ciascuno indica delle possibili fonti di energia e dei possibili ricevitori di energia Il flusso di energia Le figure da 1 a 4, malgrado le apparenti differenze, hanno qualcosa in comune: in ogni disegno si ha un flusso di energia da una fonte a un ricevitore, e in ogni disegno si ha anche il flusso di un portatore di energia da una fonte a un ricevitore. Se tralasciamo i dettagli e vogliamo focalizzare la nostra attenzione sulle similitudini dei diversi disegni, possiamo rappresentare le differenti situazioni in altri modi: utilizziamo dei simboli. Le figure da 5 a 8 mostrano il risultato di questa modellizzazione. Le fonti di ene r- gia e i ricevitori di energia vengono rappresentati con delle scatole, sulle quali figura il nome della fonte, rispettivamente del ricevitore dell energia. Le due scatole vengono collegate da una grossa freccia che indica il flusso dell energia e da una freccia sottile che indica il flusso del rispettivo portatore di energia. Chiamiamo le rappresentazioni schematiche riportate nei disegni da 5 a 8 diagrammi di flusso dell energia. Il disegno 6 mostra ad esempio il diagramma di flusso dell energia dal serbatoio al motore di un automobile. In questa forma schematica tutti e quattro i disegni hanno la stessa struttura. Possiamo subito vedere gli aspetti comuni ai vari apparecchi: si riconosce subito da dove proviene l energia, dove va e qual è il suo portatore. È più semplice schematizzare in questo modo il flusso di energia in un apparecchio che non disegnare l intero apparecchio: è più facile disegnare la figura 5 che la 1. In seguito faremo spesso uso dei diagrammi di flusso dell energia. Va comunque detto che questi schemi hanno dei limiti. Da essi non si hanno informazioni sul come appare in realtà una fonte di energia, se è grande o piccola, su com è fatto il ricevitore o sul percorso della condotta attraverso la quale passa il portatore. Queste informazioni sono contenute solo nelle figure abituali (1-4). Il fatto di poter ridurre una situazione complessa a un simbolo non dovrebbe essere nulla di nuovo. La figura 10 riporta, usando dei simboli, la strada raffigurata nella figura 9. Perché sul cartello non si riporta semplicemente la fotografia della strada? Riassunto: Un diagramma di flusso dell energia mostra in modo schematico da dove proviene l energia, dove va e da quale portatore è trasportata Fonti di e Ricevitori di

3 Esercizi: 1. Disegna un diagramma di flusso dell energia per le seguenti situazioni: a) Un fornello da campeggio collegato a una bombola a gas b) Un uomo che acquista del cibo in un negozio c) Un forno a carbone che riceve il carbone da un deposito in cantina d) Il motore di un automobile diesel 2. Quali sono i vantaggi di un simbolo per rapporto a una rappresentazione fedele di un oggetto? Quali gli svantaggi? 3. Proponi e discuti brevemente alcuni esempi dell utilizzo di simboli in altre materie scolastiche. Un gioco La seconda e terza colonna di una tabella con fonti, portatori e ricevitori di energia sono state messe in disordine. Rimettile in ordine! Se vi riuscirai correttamente, le lettere tra parentesi formeranno una frase. Fonte di energia Portatore di energia Ricevitore di energia Centrale elettrica (NO) Gas(G) dell automobile (N) Batteria (È) Olio diesel (Z) della gru (A) Centrale a gas (R) Olio da riscaldamento (R) Fornello (I) di benzina (A) Cibo (R) Serpentina (C ) diesel (Z) Benzina (SE) Uomo (TA) Frigorifero (PO) Elettricità (N) Stufa a nafta (E) Cisterna della nafta (TO) Elettricità (E) Lampadina (NE) Fonti e ricevitori di energia nell automobile La figura 2 a pagina 7 mostra una coppia fonte-ricevitore di energia nell automobile. Questa coppia è di certo la più importante. Ve ne sono però anche altre! Di seguito vogliamo studiarne due. Il motore dell automobile non si mette in moto da solo. Il motore deve essere acceso. In passato questo veniva fatto a mano con una manovella. Oggigiorno il motore a benzina viene acceso grazie a un piccolo motore elettrico. Quando si gira la chiave d avviamento, questo motorino si mette in funzione. Ovviamente questo motorino necessita di energia: la riceve da un cavo collegato alla batteria dell automobile. I fari dell automobile hanno bisogno di energia. Ricevono l energia da un dispositivo che svolge una funzione simile a quella della dinamo delle biciclette. 2. Fonti di e Ricevitori di 9

4 Alcuni tipi di locomotiva I disegni riportati di seguito raffigurano diversi tipi di locomotive. I rispettivi diagrammi di flusso dell energia mettono in evidenza quali sono i portatori che trasportano energia al motore della locomotiva. Tre locomotive trasportano sempre con sé il proprio serbatoio di energia mentre una riceve l energia da una fonte che non si muove. Qual è quale? Vagone con carbone Carbone Locomotiva a vapore della nafta Nafta diesel Centrale elettrica Elettricità elettrico Batteria Elettricità elettrico 2.3. Riscaldamento centrale, riscaldamento con aria calda In una casa ci sono molti apparecchi che hanno bisogno di energia, come il riscaldamento, la macchina da lavare, le lampadine, il televisore, il computer. L apparecchio che necessita della maggior qua n- tità di energia è il riscaldamento. Vediamo ora un po come funzionano alcuni tipi di riscaldamento. In passato la maggior parte delle case a- veva nelle diverse camere una stufa a legna o a carbone. In seguito queste stufe furono sostituite con stufe a nafta. Dal secchio per il carbone si passò al bidone della nafta per trasportare l energia alla stufa. Nella figura 11 è raffigurato un e- sempio di riscaldamento a nafta. In questo caso non è più necessario trasportare a mano la nafta fino alla stufa. Oggigiorno la maggior parte delle case è provvista di un riscaldamento centrale, figura 11. Il combustibile utilizzato nel riscaldamento raffigurato è la nafta. Un simile riscaldamento può comunque funzionare anche con carbone, legna o gas. Nel riscaldamento centrale il combustibile viene bruciato nel bruciatore, che no r- malmente si trova in cantina. Nel bruciatore si riscalda l acqua. In altre parole possiamo dire: nel bruciatore l energia cambia portatore passando dal combustibile all acqua. L acqua calda, caricata di energia, viene pompata attraverso dei tubi nelle camere della casa. In ogni camera passa attraverso un calorifero. Nel calorifero l acqua calda cede la sua energia all aria circostante. In seguito a tale pro Fonti di e Ricevitori di

5 cesso l acqua si raffredda e l aria si riscalda. L acqua raffreddata ritorna poi tramite un altro tubo nel bruciatore ove verrà nuovamente ricaricata di energia e così via. Il portatore che trasporta l energia dal bruciatore alle camere è l acqua calda. Per il riscaldamento centrale possiamo proporre due diagrammi di flusso dell energia: uno per il flusso di energia dal serbatoio al bruciatore, e uno per il flusso dal bruciatore al calorifero. In alcuni casi si può utilizzare anche l aria calda come portatore di energia, come ad esempio nel caso del riscaldamento dell automobile. Il motore, che è comunque caldo, riscalda l aria che viene fatta fluire nell abitacolo. Calorifero della nafta della nafta Nafta Pompa Calorifero Acqua Riassunto: Acqua calda e aria calda trasportano energia. Esercizi: 1. Descrivi la struttura di un riscaldamento centrale. 2. Come si può riconoscere in un calorifero di un riscaldamento centrale attraverso quale dei due tubi fluisce l acqua carica di energia? 3. Con quale portatore di energia i caloriferi cedono l energia ricevuta dall acqua calda alla camera? 2.4. Da dove riceve l energia una fonte di energia e cosa fa un ricevitore con l energia che riceve? L energia proviene da una fonte. Ma come è giunta alla fonte? Nel caso del bruciatore di un riscaldamento centrale, lo abbiamo visto. Il bruciatore è una fonte di energia. Questa viene poi trasportata dall acqua in tutta la casa. Nello stesso tempo però il bruciatore è anche ricevitore di energia, più precisamente dell energia che viene trasportata dalla nafta. Vedrai in seguito che ogni fonte di energia riceve la sua energia da qualche portatore. Quindi ogni fonte di energia può essere considerata anche come ricevitore di energia e ogni ricevitore di energia può essere anche considerato come fonte. 2. Fonti di e Ricevitori di 11

6 Vi è un analogia tra le fonti di energia e le fonti di acqua: l acqua scaturisce da una sorgente dalla Terra, ma tu sai che non viene prodotta nella Terra. L acqua che scaturisce dalla Terra non è altro che acqua piovana, è semplicemente finita nella Terra da qualche altra parte! Esercizi: 1. Cita alcuni apparecchi che sono sia ricevitori sia fonti di energia. Con quale portatore ricevono energia? Con quale la cedono? 2. Con quale portatore cedono energia le centrali elettriche? Con quali portatori la possono ricevere? Centrali elettriche Dalla presa elettrica riceviamo energia con il portatore elettricità (di solito si dice con la corrente ). Come giunge però l energia alla presa? La presa è collegata con un cavo a una centrale elettrica. Nella centrale elettrica l elettricità viene caricata di energia. Ma anche la centrale ele t- trica deve ricevere da qualche parte l energia! A dipendenza del portatore dal quale riceve energia, la centrale elettrica ha nomi diversi. La maggior parte delle centrali elettriche sono centrali idroelettriche. Ricevono energia dal portatore acqua in movimento. Una centrale nucleare riceve energia dall uranio. L uranio è un materiale assai raro e come il carbone è estratto da giacimenti. Una centrale a carbone riceve l energia dal portatore carbone. Una centrale eolica riceve l energia dal vento, cioè da aria in movimento. Una centrale solare riceve energia dalla luce. Anche la luce è quindi un portatore di energia. Tutte le centrali elettriche hanno una macchina in comune, il generatore di corrente elettrica. Il generatore è simile a una dinamo di una bicicletta, con la differenza che è molto più grosso. È la macchina che carica l elettricità con energia. A dipendenza del tipo di centrale elettrica il generatore viene fatto funzionare da un altra macchina: nelle centrali a carbone, in alcune di quelle solari e in quelle nucleari, tramite una turbina a vapore, in quelle idroelettriche da una turbina ad acqua, in quelle a vento da una ventola Fonti di e Ricevitori di