L Energia: Soffermandoci sull osservazione semplice della vita di tutti i giorni, si consuma energia, anche senza saperlo. Analizzando aspetti

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1 L Energia: Soffermandoci sull osservazione semplice della vita di tutti i giorni, si consuma energia, anche senza saperlo. Analizzando aspetti energetici macroscopici, si nota che, un corpo che è in stato di quiete, cioè fermo, possiede un determinato tipo di energia chiamata potenziale. Poi però se c è l intervento di una forza, che è la causa che produce un cambiamento dello stato di quiete o moto di un corpo, o che ne modifica la forma, mette in movimento il corpo e si manifesta l energia cinetica, energia di movimento.

2 L Energia: Quindi, qualunque corpo in movimento, possiede energia cinetica, mentre un corpo che si trova a una certa altezza rispetto al suolo possiede energia potenziale: più in alto si trova il corpo, maggiore è la sua energia potenziale. Durante la caduta l energia potenziale si trasforma gradualmente in energia cinetica.

3 L Energia: Non esistono però solo due tipi di energia, ma anche molte altre come quella elastica, chimica, elettrica Gli scienziati definiscono l energia come la capacità di un corpo a compiere un lavoro. Il lavoro a sua volta è definito come l applicazione di energia al fine di ottenere un determinato risultato. La quantità di lavoro compiuto da una forza costante, che sposta un oggetto di un tratto, lungo la direzione della forza stessa è data da una formula: L = F x s L = lavoro F = forza s = spostamento

4 Gli argomenti principali Perché l uomo ha bisogno di energia? Le energie e i problemi della produzione di energia Le energie rinnovabili L energia idroelettrica L energia solare L energia eolica L energia geotermica L energia dall oceano Biomasse e residui biologici Energia dai rifiuti

5 Perché l uomo ha bisogno di energia? Luce l uomo vuole vedere anche di notte Calore l uomo si Vuole riscaldare quando ha freddo Freddo l uomo vuole stare al fresco quando fa caldo L Energia è indispensabile per la vita e lo sviluppo economico e sociale. Progresso Movimento l uomo si Vuole spostare velocemente Alimentazione elettrica degli impianti tecnologici l uomo ha bisogno della tecnologia Internet Televisione Radio Comunicazioni ecc.

6 Energia L energia esiste già in natura e si presenta in forme diverse. L energia ne si crea ne si distrugge ma si può solo farla passare da una forma all altra, attraverso l elaborazione di fonti energetiche (risorse). Le fonti energetiche si dividono in fonti primarie e fonti secondarie. Le fonti primarie sono quelle che si utilizzano senza la manodopera dell uomo. Le fonti secondarie sono quelle che invece vengono lavorate dall uomo.

7 L Energia A loro volta le fonti energetiche si suddividono in rinnovabili, non rinnovabili (alternative, tutte quelle rinnovabili più l energia nucleare). Risorse esauribili (non rinnovabili). Sono state immagazzinate dalla natura attraverso processi lunghissimi (milioni di anni), sono facilmente sfruttabili ma sono limitate nel tempo: carbone, petrolio, metano, uranio. Risorse rinnovabili. Sono fornite periodicamente e in continuazione dalla natura e quindi non sono limitate nel tempo: sole, acqua, vento, materiale organico. Hanno un flusso incostante e sono trasformabili in energia elettrica anche se con minori rendimenti e costi più elevati rispetto alle risorse esauribili.

8 Le risorse attualmente più utilizzate sono quelle esauribili proprio perché più facilmente permettono la produzione dell energia. L uomo utilizza le risorse per produrre energia in maniera massiva solo dagli ultimi cento anni circa, ma presto queste risorse non saranno più disponibili (esaurimento). L attuale modello di produzione di energia crea problemi ambientali legati all inquinamento E necessario pensare ad un nuovo modello che preveda: Riciclo, Risparmio energetico, Sviluppo sostenibile e Energie da risorse rinnovabili

9 Le Fonti Rinnovabili In principio c era il Sole come il vento e le correnti d acqua che fornivano energia all uomo, ma man mano che l uomo ha scoperto nuove fonti di energia, quelle primarie sono state sempre meno utilizzate. Il problema però è che le energie non rinnovabili sono inquinanti, tralasciando il fatto che prima o poi finiranno e dovremo riprendere l abitudine di utilizzare le energie rinnovabili, oggi verdi, perché non inquinano. L energia rinnovabile più consumata, come mostra il grafico, risulta l idrica e a seguire l energia solare, eolica, geotermica e infine delle biomasse.

10 Energie rinnovabili Energia geotermica Energia idroelettrica Energia solare Energia eolica Energia dall oceano Energia da Biomasse e Residui Biologici Energia da rifiuti

11 Energia geotermica L energia geotermica è quella contenuta sotto forma di calore all interno della terra quindi si trova in alcune zone dove il magma (minerali e gas ad alta temperatura) è più vicino alla crosta terrestre. In queste zone l acqua (piovana, di fiumi o di laghi), penetrando nella crosta terrestre viene riscaldata e trasformata in vapore (raggiunge anche centinaia di gradi). E una fonte a erogazione continua e indipendente da condizionamenti climatici, ma essendo difficilmente trasportabile, è utilizzata per usi prevalentemente locali.

12 Energia geotermica Per sfruttare questa fonte energetica è necessaria la presenza di una Centrale geotermica che permette di produrre: Energia elettrica attraverso il vapore che fa muovere una turbina collegata ad un Alternatore che ruotando genera energia elettrica. Il residuo della lavorazione viene fatto condensare in una torre di refrigerazione e diventato di nuovo liquido è iniettato nel sottosuolo Energia termica con il trasferimento del calore per riscaldare case, serre, ecc. In questo caso è sufficiente trovare acque a C

13 Energia idroelettrica L acqua è una fonte di energia: il calore del Sole fa evaporare l acqua, per poi condensare e ritornare al suolo sottoforma di precipitazioni atmosferiche. Nel punto di caduta l acqua possiede energia potenziale gravitazionale che, durante la discesa al mare, si trasforma in energia cinetica. (praticamente masse d acqua in movimento) esempio cascate o condotte d acqua esempio i fiumi Per Contro: Impatto ambientale dei bacini artificiali.

14 Energia idroelettrica L energia dell acqua può essere utilizzata direttamente, cioè senza subire trasformazioni, come si è fatto per secoli, per esempio per mettere in movimento, con l impiego delle ruote idrauliche, le macchine per le industrie artigianali dei secoli scorsi; oppure può essere utilizzata indirettamente, per esempio convertendola in energia elettrica nelle centrali idroelettriche.

15 Energia idroelettrica L acqua raccolta in un bacino artificiale viene convogliata verso le condotte forzate. La pressione dell acqua che cade dalle condotte forzate colpisce le pale di una Turbina mettendola in rotazione. La turbina in rotazione attraverso un Alternatore Produce energia elettrica. Il Trasformatore aumenta la tensione della corrente per migliorarne il trasporto.

16 Ruote idrauliche: la ruota per di sotto in cui l acqua colpisce le pale dal basso; il suo rendimento non è alto ma ha il vantaggio di poter essere utilizzata anche in fiumi con poca pendenza; la ruota per di fianco ha le caratteristiche intermedie delle altre due ruote; la ruota per di sopra l acqua è incanalata in modo tale da colpire le pale dall alto e quindi può essere usata solo dove c è un notevole dislivello e quindi è più conveniente;

17 Energia solare L energia del sole, anche se non distribuita in maniera uniforme, è presente su tutta la terra. L energia che siamo in grado di produrre è: Calore a bassa temperatura Calore ad alta temperatura Conversione fotovoltaica Contro: La notte non è presente ed è legata anche a fattori climatici quali la nuvolosità o le stagioni

18 Energia Solare. Calore a bassa temperatura Utilizzando il principio dell effetto serra, attraverso dei pannelli solari, viene riscaldata aria o acqua e si può produrre: acqua calda per usi sanitari Riscaldamento di case e uffici usi agricoli e industriali

19 Energia solare. Calore ad alta temperatura Attraverso dei collettori parabolici il calore del sole raccolto su superfici abbastanza grandi viene concentrato su superfici piccole producendo un calore relativamente elevato(oltre 400 C). Il calore prodotto viene trasformato in vapore allo scopo di far funzionare una turbina ed un alternatore per produrre energia elettrica.

20 Energia solare. Conversione fotovoltaica Attraverso le celle fotovoltaiche (pile solari) l energia luminosa dei raggi è trasformata in energia elettrica. Il principio si basa sull effetto Fotoelettrico in base al quale una lastra metallica esposta alla luce emette cariche elettriche.

21 Energia eolica E il prodotto della conversione dell energia cinetica del vento in altre forme di energie (elettrica, meccanica) Contro: Non tutti i luoghi del pianeta risultano idonei all'installazione di impianti eolici per l'irregolarità dei venti, oppure per la loro debolezza, visto che per essere sfruttabili devono soffiare a una velocità non inferiore ai4 m/s e per almeno un centinaio di giorni all anno. Ha forti impatti ambientali

22 Energia eolica Il generatore elettrico è azionato da un rotore che è costituito da pale le quali sotto l effetto del vento eseguono movimenti di rotazione. Più generatori collegati insieme costituiscono le wind-farm (fattorie del vento)

23 Energia dall oceano Il mare offre la possibilità di generare energie attraverso il suo movimento: Le onde. L energia viene prodotta sfruttando il movimento di strutture galleggianti collocate in mare aperto oppure sfruttando il movimento di una colonna d acqua. Le maree. Sono movimenti periodici di grandi masse d acqua. Vengono sfruttate creando un bacino artificiale che si chiude quando inizia la bassa marea provocando un dislivello tra il bacino e l acqua. Il dislivello viene sfruttato per far girare una turbina.

24 Energia dall oceano Energia termica dall oceano Dovuta all azione riscaldante del sole. La temperatura dell acqua viene utilizzata per fare vaporare un liquido come l ammoniaca che evapora a bassa temperatura. Il vapore viene utilizzato per far girare una turbina.

25 Biomasse e residui biologici Le Biomasse sono materie prime che si ottengono dagli scarti e dai residui delle attività agricole, zootecniche e forestali. Sono materiale da utilizzare per la produzione di calore ed eventualmente di energia elettrica. E una risorsa rinnovabile e inesauribile, a patto che essa venga sfruttata non oltrepassando il ritmo di rinnovamento biologico. Altri limiti sono rappresentati dall'estensione delle superfici coltivate e dai vincoli climatici che condizionano la crescita delle diverse specie.

26 Biomasse e residui biologici I residui biologici sono i rifiuti organici degli animali e gli scarti dei prodotti agricoli che sottoposti a fermentazione producono Biogas (uncombustibile). Combustibili alternativi: Etanolo: prodotto dalla fermentazione e distillazione di mais, grano e orzo. Biodiesel : prodotto da oli vegetali e da grassi riciclati

27 Energia dai rifiuti I rifiuti sono i residui delle attività industriali, artigianali, agricole e dei consumi dei cittadini I rifiuti selezionati possono essere utilizzati per produrre energia: Combustibili Non Convenzionali utilizzati in alcuni impianti industriali o in centrali termiche Biogas ottenuti dai rifiuti tramite fermentazione Inceneritori che distruggono bruciando i rifiuti e producono energia termica Termodistruzione

28 Fonte energetica Vantaggi Svantaggi Combustibili fossili Facilmente utilizzabili, possono essere immagazzinati e producono molta energia. Sono diffusi solo in alcuni paesi, sono esauribili e sono inquinanti Uranio può produrre grandi quantità di energia è altamente inquinante Acqua L energia è rinnovabile e pulita disponibile solo dove esistono fiumi Sole E gratuita, non inquina e non produce residui Non è presente di notte e quando è nuvoloso

29 Fonte energetica Vantaggi Svantaggi Vento E gratuita, non inquina e non produce residui Solo alcune zone sono adatte all utilizzo Geotermia E gratuita, non inquina e non produce residui Solo alcune zone sono adatte all utilizzo Biomasse Sono fonti rinnovabili e utilizzano rifiuti e scarti Non producono grandi quantità di energia e sono adatte ad un uso locale