Capitolo 1 e Portatori di 1.1.1. In che modo ci si può spostare da una città a un'altra? Quali propellenti si possono usare? Se prendiamo 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, noi di cibo. 1.1.2. Nelle immagini 3 e 4 riportate di seguito si "consuma" energia. Quale propellente viene utilizzato? Immagine 3 (da sinistra in alto in senso orario): - - Banana (cibo) - Benzina Immagine 4 (da sinistra in alto in senso orario): - Cherosene - Salsiccia (cibo) - Gas (o elettricità a dipendenza del tipo di fornello) 1.1.3. Elenca alcune macchine ed indica il tipo di propellente che utilizzano. Macchina Ferro da stiro Camion Mulino a vento Propellente Diesel Vento 1.1.4 Cosa hanno in comune combustibili, cibo, elettricità? Trasportano energia. 1.2.1. Perché per viaggiare o per riscaldare non si usa semplicemente energia senza portatore? Non c'è energia senza portatore. 1.2.2. Elenca degli apparecchi che ricevono energia tramite: a) elettricità b) benzina c) carbone Portatore elettricità benzina carbone Macchina che riceve Aspirapolvere, macchina da lavare Automobile, Tassì Locomotiva a vapore, forno a carbone 1.2.3. Tramite quali portatori ricevete a casa l'energia?, cibo, nafta,... Vedi anche capitolo 5.6 - Da dove proviene l'energia che utilizziamo a casa nostra? (pagina 31) 46
1.2.4. Un prato può essere tosato in modi diversi. Qual è il portatore di energia necessario nei diversi casi? Modalità Falce Tosaerba elettrico Tosaerba a benzina Portatore d'energia Cibo Benzina 1.2.5. Una pecora "tosa" l'erba del giardino. Da quale portatore riceve la pecora l'energia per tosare l'erba? Dall'erba che mangia. 1.2.6. Da quali portatori ricevono l'energia le macchine presenti in un cantiere? Macchina Gru Autocarro Ruspa Portatore d'energia Diesel Diesel 1.3.1. Qual è il combustibile riportato nella tabella 6 che trasporta più energia e quale quello che ne trasporta meno? La quantità maggiore di energia è contenuta nel propano, mentre la legna verde ne trasporta la quantità minore. 1.3.2. Cosa significa il prefisso "chilo"? Significa 1'000, 10 3. 1.3.3. A casa prova a guardare su quali alimenti figura un'etichetta con il contenuto energetico. Confronta i dati con quelli della tabella 7 Su una scatola di Conflakes si può leggere: "100 g contengono 1'600 kj". Cioè 1,0 kg contengono 16'000 kj. Ciò corrisponde al contenuto energetico della farina nella tabella 7. I cornflakes sono infatti costituiti per la maggior parte da farina. 1.3.4. Quali alimenti contengono più e quali meno energia? Frutta, verdura contengono poca energia; grasso, burro e carne molta. 1.3.5. A cosa è dovuto il fatto che frutta e verdura contengono così poca energia? Ciò è dovuto al fatto che la frutta e la verdura contengono molta acqua e che l'acqua "non contiene" energia. 1.3.6. Ogni giorno hai bisogno di circa 10'000 kj per vivere. Quante tavolette di cioccolata (di 100 g) contengono questa quantità di energia? Una tavoletta di cioccolata contiene 2'400 kj. 4 tavolette contengono 9'600 kj e bastano quindi a soddisfare il fabbisogno giornaliero. 47
Capitolo 2 Fonti di e Riceventi di 2.1.1. Cita alcuni portatori di energia e per ciascuno indica delle possibili fonti di energia e dei possibili riceventi d'energia. Portatore d'energia Fonte Ricevente Cibo Fattoria Uomo Luce Sole Pianta Erba Prato Pecora Centrale elettrica Ferro da stiro Nafta Serbatoio della nafta Bruciatore Benzina Serbatoio dell'auto Motore dell'auto 2.2.1. 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 Bombola del gas Gas Propano Fornello da campeggio Negozio Alimentari Uomo Deposito di carbone Carbone Forno a carbone Serbatoio Diesel Motore 2.2.2. Quali sono i vantaggi di un simbolo per rapporto a una rappresentazione fedele di un oggetto? Quali gli svantaggi? Vantaggi: Si riconoscono subito parecchi fatti importanti. Non ci si perde in dettagli. Svantaggi: Nel caso in cui ci si interessi a dei dettagli quali ad esempio le dimensioni di alcune parti dell'apparecchio o il colore dello stesso, il simbolo utilizzato non ci dà sufficienti informazioni. 2.3.1. Descrivi la struttura di un riscaldamento centrale. Nel riscaldamento centrale il combustibile viene bruciato nel bruciatore, che normalmente 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 48
seguito a tale processo 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. 2.3.2. Come si può riconoscere in un calorifero di un riscaldamento centrale attraverso quale dei due tubi fluisce l'acqua carica di energia? La condotta attraverso la quale scorre l'acqua carica di energia è più calda dell'altra. 2.3.3. Con quale portatore di energia i caloriferi cedono l'energia ricevuta dall'acqua calda alla camera? Con l'aria calda. 2.4.1. Cita alcuni apparecchi che sono sia riceventi che fonti di energia. Con quale portatore ricevono energia? Con quale la cedono? Apparecchio Portatore con cui ricevono energia Portatore con cui cedono energia Centrale idroelettrica in movimento Asciugacapelli Aria calda Cella solare Luce Bruciatore Nafta Aria o acqua calda 2.4.2. Con quale portatore cedono energia le centrali elettriche? Con quali portatori la possono ricevere? Le centrali elettriche cedono l'energia sempre con il portatore elettricità. La possono ricevere dal portatore: carbone, uranio, nafta, acqua in movimento, aria in movimento, gas naturale, luce. Capitolo 3 Due Grandi Categorie di Portatori di 3.1. Qual è l'uscita del portatore vuoto in una stufa a carbone? Il carbone è un portatore d'energia del tipo vuoto a rendere o del tipo vuoto perso? Il camino e la cenere che rimane alla fine della combustione. Il carbone è un portaotre d'energia del tipo vuoto perso. 3.2. Come si potrebbe costruire un riscaldamento centrale in cui l'acqua sia un portatore d'energia del tipo vuoto a perdere? Perché non lo si fa? Mettendo sempre acqua fresca a contatto con il bruciatore e immettendo l'acqua che ha ceduto il proprio calore al calorifero nello scarico. Questo non viene fatto poiché l'acqua fresca è preziosa e deve essere pagata. Capitolo 4 Il Portatore di Quantità di Moto Angolare 4.1.1. Elenca alcuni esempi in cui l'energia viene trasportata attraverso un albero motore. Nell'automobile attraverso l'albero cardanico. Nel macinino da caffè, dal motorino elettrico alla macina. 49
4.1.2. Quali portatori d'energia invisibili conosci? L'aria, il gas propano, l'elettricità, la quantità di moto. 4.2.1. Elenca alcune fonti che danno energia tramite il portatore d'energia quantità di moto. In base a cosa le riconosci? Motore elettrico, motore a benzina, turbina, mulino a vento. Si riconoscono dalla presenza di un albero motore. 4.2.2. Elenca alcuni riceventi che ricevono energia tramite il portatore d'energia quantità di moto. In base a cosa li riconosci? Dinamo, volano, elica. Si riconoscono dalla presenza di un albero motore. 4.2.3. Da cosa si riconoscono gli apparecchi che ricevono energia dall'uomo tramite il portatore 'energia quantità di moto? Elenca alcuni esempi di questi apparecchi. Si riconoscono dalla presenza di una manovella. Orologio a molla, macino del caffè. 4.3.1. Disegna il diagramma del flusso dell'energia di un macinino da caffè alimentato da un motore elettrico. Motorino elettrico elettrico Macinino da caffè 4.3.2. Immagina che la turbina e la dinamo della figura 12 siano tenute non da una sola persona bensì da due, di cui una tiene la turbina e l'altra la dinamo. La dinamo riceve energia? Qual è il percorso seguito dalla quantità di moto? La dinamo riceve energia. Il circuito in cuo fluisce il portatore quantità di moto è chiuso.attraverso le braccia ed il corpo della prima persona la quantità di moto fluisce dalla turbina alla Terra e da lì attraverso il corpo e le braccia della seconda persona verso la dinamo. 4.4.1. Quando si vuole fare un buco attraverso un pezzo di ferro, questo viene fissato in una morsa. Perché? Questo viene fatto affinché la quantità di moto che dal trapano scorre verso il pezzo di ferro possa ritornare al trapano per ricaricarsi di energia. 4.4.2. Pierino sta facendo un buco in una parete con un trapano. Qual è il percorso dell'energia? Quale quello della quantità di moto? L'energia fluisce dal motore del trapano alla punta dello stesso. La quantità di moto fluisce dal motore del trapano alla parete e poi dalla parete attraverso il suolo, le gambe e le braccia della persona che aziona il trapano, nuovamente al motore del trapano. 50
Capitolo 5 I Trasferitori di 5.1.1. Elenca alcuni esempi di trasferitori d'energia. Indica con quale portatore ricevono energia e con quale la cedono. Vedi testo - Paragrafo 5.1. Fonti e riceventi trasferiscono energia (pagina 23) 5.1.2. Disegna il diagramma di flusso dell'energia di: a) un motore a benzina b) una lampadina c) una dinamo Motore a Lampadina benzina Benzina + Ossigeno + CO 2 Luce Dinamo 5.1.3. Quale trasferitore d'energia scarica energia da: a) quantità di moto a elettricità b) luce a elettricità c) cibo a quantità di moto d) aria a quantità di moto e) olio da riscaldamento all'aria a) Dinamo, Generatore b) Cella solare c) Un uomo che aziona una manovella d) Mulino a vento e) Bruciatore 5.2.1. Disegna i diagrammi di flusso dell'energia per una turbina ad acqua e per una pompa ad acqua. Come si può trasformare l'uno nell'altro? Turbina Pompa ad ad acqua acqua Si può trasformare l'uno nell'altro cambiando il verso di tutte le frecce e poi capovolgendo il diagramma 51
5.2.2. Elenca alcuni apparecchi in cui l'energia può fluire sia in un senso che nell'altro. Alcuni motori elettrici (dinamo), motori idraulici, ventole. 5.3.1. A cosa bisogna stare attenti quando si collegano tra di loro due trasferitori? Vi deve essere compatibilità per il portatore d'energia: il portatore di energia all'uscita del primo trasferitore deve essere lo stesso di quello all'entrata del secondo trasferitore. 5.3.2. Quale trasferitore bisogna porre tra un motore a benzina ed una lampadina se si vuole accendere quest'ultima con il motore a benzina? Un generatore di corrente elettrica. 5.3.3. Inventa una lunga fila di trasferitori collegati tra di loro. - 5.3.4. Disegna una fila di trasferitori più lunga possibile e che esiste realmente. - 5.3.5. Disegna una pompa ad acqua elettrica a) tramite un solo simbolo b) tramite due simboli collegati tra di loro Pompa ad acqua elettrica Motore Pompa elettrico ad acqua 5.3.6. Componi dei diagrammi di flusso dell'energia per i seguenti apparecchi utilizzando ogni volta due trasferitori a) pompa elettrica b) pompa ad acqua azionata da un motore a benzina c) pompa ad acqua azionata dal vento Motore Pompa elettrico ad acqua 52
Motore Pompa a ad acqua benzina Benzina + Ossigeno +diossido di carbonio Pompa Ventola ad acqua Aria in movimento 5.4.1. In quale riga si trovano le lampade? Perché? Nella riga "elettricità". In genere le lampade ricevono energia con il portatore elettricità (potrebbero però trovarsi anche nella riga "combustibile": si pensi ad esempio alle lampade a petrolio o alle torce). 5.4.2. Cosa hanno in comune gli apparecchi che si trovano sulla stessa riga orizzontale della tabella? Ricevono energia dallo stesso portatore. 5.5.1. Quali portatori di energia vanno bene per trasportare energia su grandi distanze e quali no? Perché? Adatti: combustibili, elettricità, luce. Non adatti: quantità di moto, acqua calda, aria calda, aria sotto pressione. 5.6.1. Con quali portatori giunge l'energia a casa tua? Da dove proviene questa energia? Prova a ripercorrerne il tragitto. Confronta il disegno al paragrafo 5.6. Da dove proviene l'energia che utilizziamo a casa nostra? (pagina 31) 5.6.2. Nella figura della pagina precedente puoi percorrere in più modi la strada dal Sole alla casa. Disegna il diagramma del flusso dell'energia utilizzando i simboli appresi per qualche percorso. Sole Campi Csa Luce Nutrimento vegetale 53
Sole Centrale Pioggia idroelettri ca Luce in movimento Casa 5.6.3. I lucci si nutrono di pesci più piccoli di loro. Anche l'energia che riceviamo quando mangiamo un luccio proviene dal Sole? Spiega la tua risposta! Si! Infatti i pesci piccoli di cui i lucci si nutrono, si nutrono a loro volta di piante acquatiche. Capitolo 6 I Depositi di 6.1.1. Perché si utilizzano i depositi di energia? Per portare l'energia in un luogo ove non vi sono condotte. Per disporre di energia quando se ne ha bisogno. 6.1.2. Elenca alcuni depositi di energia. A quale scopo vengono utilizzati? Vedi capitolo 6.2. Descrizione di alcuni depositi d'energia (pagina 36). 6.2.1. Quali depositi d'energia ci sono a casa tua? A quale scopo vengono utilizzati? Boiler per l'acqua calda l'acqua vi viene riscaldata lentamente (nell'apparecchio fluisce lentamente energia). Quando c'è bisogno si può disporre subito di acqua calda (l'energia esce molto velocemente). Cisterna della nafta qui viene immagazzinata l'energia necessaria per il riscaldamento della casa. Credenza qui viene depositato il cibo (portatore d'energia) che consumiamo durante i pasti. 6.2.2. Quali depositi d'energia vengono utilizzati negli orologi? Ci sono orologi senza depositi d'energia? Molle, pesi, batterie. Si, quelli collegati alla rete elettrica: se stacco la spina, l'orologio si ferma. 6.2.3. Quali depositi d'energia vengono utilizzati nelle automobili giocattolo? Batterie, molle 6.3.1. Disegna il simbolo per il deposito d'energia "bombola a gas". In questo deposito l'energia viene immagazzinata assieme al portatore? Gas Propano Bombola di gas Propano Gas Propano Nella bombola di propano l'energia viene depositata assieme al suo portatore. 54
Capitolo 7 Uscita di Raffreddamento 7.1.1. Elenca alcuni apparecchi che hanno un sistema di raffreddamento. Dove si trova il sistema di raffreddamento? Apparecchio Motore del motorino Centrale nucleare Computer Sistema di raffreddamento Alette metalliche sulla testa del motore Torre di raffreddamento Ventola 7.1.2. Nell'aspirapolvere dove si trova il sistema di raffreddamento? Là dove fuoriesce l'aria. L'aria che risucchia la polvere nell'aspirapolvere raffredda anche il motore. 7.1.3. Cosa succede se si tappa l'uscita dell'aria del retroproiettore? Il retroproiettore si surriscalda e potrebbe rompersi. 7.2.1. Disegna i diagrammi di flusso dell'energia di una lampadina e di una cella solare tenendo in considerazione il sistema di raffreddamento. 100 % Lampadina 5 % 100 % Cella solare 10 % Luce Luce 95 % 90 % 7.3.1. Elenca alcuni apparecchi che hanno basse perdite di energia. Turbina ad acqua, motore elettrico, generatore. 7.3.2. Elenca alcuni apparecchi che hanno alte perdite di energia. Lampadina, cella solare. 7.4.1. Si potrebbe giungere all'idea di costruire un moto perpetuo con una lampadina e una cella solare. Riesci a immaginarti come? Si collega la lampadina alla cella solare e si pone la cella solare in una posizione tale da poter essere illuminata dalla lampadina quando questa si accende. * * * 55