Le forme di energie. L energia esiste sotto varie forme. Sanguinè Eric Donato 2 A I.P.S.A.S.R. 07/03/2014

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1 Sanguinè Eric Donato 2 A I.P.S.A.S.R. 07/03/2014 L energia esiste sotto varie forme. Le forme di energie Una grandezza fisica molto importante in fisica è l'energia. Vedremo che tutti i fenomeni fisici che avvengono in natura oppure che riproduciamo in laboratorio sono coinvolti da scambi di energia con l ambiente esterno. Ma che cos è l energia? La definizione più comune è la seguente. L energia è la capacità di un corpo di eseguire lavoro e di trasferire calore. Il lavoro fatto da una forza costante, applicata a un oggetto che si sposta nella stessa direzione e verso della forza, è definito dal prodotto della forza per lo spostamento dell oggetto. L = F s lavoro = forza spostamento Energia e lavoro, nel SI, hanno la stessa unità di misura: il joule (J). J = N m = kg m 2 / s 2 Esistono varie forme di energia, tra cui anche l energia termica, per la quale viene anche utilizzata come unità di misura la caloria, cal, definita come la quantità di calore necessaria a riscaldare 1 g d acqua da 14,5 a 15,5 C; la caloria non fa parte del Sistema Internazionale. La caloria e il joule sono fra loro legati dalla seguente equivalenza: 1 cal = 4,18 J Alcuni tipi di energia sono classificabili come energia cinetica o energia potenziale.

2 L Energia Potenziale L energia chimica contenuta nei combustibili e nei cibi è energia potenziale; tale energia è trasformabile in calore, o in altra forma di energia, mediante reazioni chimiche. Analogamente, un corpo di massa m sollevato a un altezza hdal suolo possiede un energia potenziale gravitazionale, che viene restituita quando scende a livello del suolo. L energia potenziale gravitazionale è l energia posseduta da un corpo in virtù della sua posizione o composizione. L energia potenziale gravitazionale si calcola con la formula: E p = m g h energia potenziale = massa accelerazione di gravità altezza dal suolo L energia gravitazionale non è l unica forma di energia potenziale. Quando bruciamo un combustibile per far muovere un automobile, o quando ci alimentiamo con il cibo, non facciamo altro che utilizzare l energia immagazzinata nelle molecole di combustibile o di cibo. Ogni volta che l energia si trasforma, cambia aspetto ma non scompare né si crea dal nulla Accurati calcoli consentono di affermare che la sua quantità, prima e dopo la trasformazione, resta costante. La legge di conservazione dell energia sancisce che, in un qualsiasi processo, l energia totale si conserva. Energia potenziale elastica L'energia potenziale gravitazionale non è l'unica possibile forma di energia potenziale. Ad esempio sappiamo che, per comprimere o allungare una molla, dobbiamo compiere un lavoro. Questo lavoro rimane immagazzinato sotto forma di energia potenziale elastica. Una molla compressa o allungata di una certa quantità x è infatti a sua volta in grado di compiere un lavoro pari al lavoro che è stato compiuto per comprimerla o allungarla. Abbiamo già calcolato tale lavoro L = 1/2 k x2. Possiamo pertanto concludere che una molla di costante elastica k compressa o allungata di una quantità x possiede un'energia potenziale elastica pari a Ue = 1/2 k x2.

3 L Energia Cinetica Visto che di energia cinetica sono dotati gli oggetti in movimento, proprio a causa del movimento un veicolo ha energia cinetica; le persone o le cose che viaggiano dentro o sopra il veicolo hanno anch'esse energia cinetica. Infatti, si muovono con la stessa velocità del veicolo. C'è una formula, semplice ma molto interessante, che mette in relazione l'energia cinetica con la massa e la velocità dell'oggetto: Ecinetica = massa (in kg) moltiplicata per velocità (in metri al secondo) al quadrato, il tutto diviso 2: Ec = m v2 / 2 Pertanto, il suo valore si quadruplica al raddoppio della velocità. Questo significa che anche un piccolo incremento di velocità può avere importanti effetti: basta che ad esempio la velocità passi da 40 a 60 km/h e già l'energia cinetica assume un valore più che doppio. Quindi, la velocità è un elemento critico: raddoppiare la velocità significa quadruplicare l'energia cinetica. L'importanza dell'energia cinetica la scopriamo tutte le volte che un qualcosa ci cade addosso: una tegola pesa poche centinaia di grammi, ma se ci colpisce dopo che si è staccata dal tetto (e quindi con una certa velocità), gli effetti non sono piacevoli. Urtando il nostro corpo, produce un (doloroso!) lavoro di deformazione della parte interessata, dopodiché si ritroverà ferma.. L'energia cinetica infatti è in grado di svolgere un lavoro, cioè, in sostanza, di spostare oggetti: il getto d'acqua, entrando in contatto con le particelle di fango sull'auto, trasferisce su di esse l'energia, applicando una forza in grado di farle muovere. Insomma, energia e lavoro sono in uno stretto rapporto: se c'è energia c'è la possibilità di ottenere un lavoro; d'altra parte, per contrastare un corpo che possiede energia cinetica occorre impiegare una certa quantità di lavoro. Non è un caso, infatti, che sia per l'energia che per il lavoro si impiega, in fisica, la stessa unità di misura: il Joule È proprio questo lavoro che consuma (cioè esaurisce ed annulla) l'energia cinetica, riducendola a zero e facendo fermare la tegola o qualunque oggetto che, essendo in movimento, è dotato di energia cinetica. (Nel pendolo la massa in oscillazione trova lungo il suo percorso, punti nei quali quando la sua energia cinetica è massima, l'energia potenziale è nulla e quando è massima l'energia potenziale la velocità è nulla. In assenza di attriti o altre perturbazioni esterne il pendolo presenta una oscillazione senza fine. Per il principio di conservazione dell'energia si spiega anche la continua conversione da energia cinetica a potenziale e viceversa negli spostamenti del pendolo.)

4 L'energia termica o calore L energia termica è data dal movimento delle molecole all'interno dei corpi che aumenta con l'innalzamento della temperatura (temperatura di ecquilibrio) Modalità di trasferimento dell energia Il calore è una modalità di trasferimento di energia da un corpo a una temperatura più elevata a uno con una temperatura più bassa. Il trasferimento cessa non appena i due corpi hanno raggiunto la stessa temperatura. Il calore è un trasferimento di energia tra due corpi che si trovano inizialmente a temperature diverse. (Due contenitori uno caldo riscaldato dal fuoco e uno freddo con del ghiaccio se si lasciano riposare in una stanza le cui finestre siano chiuse, (in modo da diminuire gli effetti della convezione forzata) i contenitori cedono nel tempo il suo calore e il suo freddo all'ambiente circostante, fino a raggiungere la stessa temperatura dell'ambiente.) L energia Elettrica L'energia elettrica è la forma più adatta per rispondere ai nostri bisogni di energia. La produzione di energia elettrica è uno dei più diffusi processi di trasformazione di energia realizzati dall'uomo. L'utilizzazione dell'energia elettrica nelle abitazioni, nelle aziende, nei servizi e in tutti gli altri settori lavorativi, costituisce una delle caratteristiche più evidenti della civiltà contemporanea.

5 L energia nucleare L' energia nucleare è l'energia che tiene legata la parte interna dell' atomo, cioè il nucleo. Albert Einstein fu il primo scienziato ad intuire che dal nucleo si poteva ottenere energia. Nel 1905 espresse nella formula E= mc2 la teoria delle equivalenza tra materia ed energia. Questa formula permette di calcolare quanta energia si può ottenere dalla trasformazione di una certa quantità di materia. Basta far sparire una piccola quantità di materia per ottenere una grande quantità di energia. Per ricavare energia dal nucleo dell'atomo ci sono due procedimenti: - la fissione nucleare cioè la rottura di nuclei pesanti come quello dell'uranio - la fusione nucleare cioè l'aggregazione di nuclei leggeri come quelli dell'idrogeno L energia radiante L'energia radiante viene emessa dai corpi sotto forma di irradiazioni di onde elettromagnetiche. L'irradiamento può essere emesso dal corpo in modo spontaneo o in particolari condizioni di sollecito. Le principali forme di energia radiante sono le radiazioni luminose (luce, ultravioletto, infrarosso), i raggi X, i raggi gamma e le onde radio. (L energia radiante in onda e frequenza che si divide in alta e bassa e ionizzante e non ionizzante. Ionizzante è l energia radiante ad onde basse (non letale per l uomo) che viene usata con le sue onde soprattutto per la comunicazione. l energia ionizzante è l energia radiante ad onde alte usata soprattutto per le radiografie e per le centrali dove raggiunge la radioattività)

6 Fonti: etc