6. Depositi e Serbatoi di 6.1. A cosa servono i depositi di energia Molto spesso abbiamo a che fare con fonti di energia che si svuotano come ad esempio le batterie della pila, il serbatoio dell automobile, la bombola del gas. Noi chiameremo queste fonti depositi di energia. Con due esempi vediamo ora di mettere in evidenza il ruolo e l importanza di questi depositi. Per viaggiare un automobile ha bisogno di energia. A questo scopo la maggior parte delle automobili dispone di un deposito di energia: il serbatoio della benzina. Vi sono però anche automobili nelle quali l energia di cui hanno bisogno è depositata in una batteria (figura 1). Altri veicoli non hanno un deposito per l energia (figura 2 e 3). Queste non hanno la stessa libertà di movimento delle automobili a benzina con serbatoio. Un automobile munita di serbatoio di energia può andare in luoghi dove non arrivano condotte di energia (come cavi elettrici o condotte di benzina). L utilizzo di un deposito di energia ci permette di disporre di energia in qualsiasi luogo. Se si vuole utilizzare l energia del Sole per riscaldare l acqua, si ha il seguente problema: noi abbiamo bisogno ogni giorno di acqua calda, ma il Sole non risplende ogni giorno. Bisogna quindi poter immagazzinare l energia in modo da poterne disporre anche quando è brutto tempo e non c è sole. A tale scopo si può utilizzare un grande serbatoio di acqua. Questo viene riscaldato dal Sole, dell energia vi viene quindi immagazzinata. In caso di cattivo tempo o di notte è poi possibile recuperare questa energia. Riassunto: Con un serbatoio di energia è possibile disporre di energia dove si vuole. Con un deposito di energia è possibile immagazzinare energia per quando se ne ha bisogno. Esercizi: 1. Perché si utilizzano i depositi di energia? 2. Elenca alcuni depositi di energia. A quale scopo vengono utilizzati? 6. Depositi e Serbatoi di 33
Il collettore solare Lastra metallica nera Collettore solare Serbatoio dell acqua Vetro Serpentina Isolazione In alcune case l energia del Sole viene utilizzata per riscaldare l acqua. A tale scopo sul tetto della casa viene montato un collettore solare. La figura riportata a lato mostra le parti principali di un collettore solare. La luce del Sole attraversa un vetro e colpisce una piastra nera di metallo. La piastra viene riscaldata dall energia del Sole. Dietro la piastra di metallo si trova una condotta nella quale scorre dell acqua. La piastra di metallo trasferisce l energia all acqua riscaldandola. L acqua calda poi scorre attraverso la condotta in una cisterna posta in cantina. Qui cede energia all acqua della cisterna. Durante questo processo l acqua proveniente dal collettore si raffredda, mentre quella della cisterna si riscalda. L acqua calda della cisterna viene poi utilizzata a scopi domestici. Il collettore solare è quindi un trasferitore che trasferisce l energia dal portatore luce al portatore acqua. Il flusso di energia in una città durante una giornata La figura riportata sotto illustra il flusso dell energia trasportata dal portatore elettricità per una grande città durante una giornata. Da sinistra a destra sono indicate le ore del giorno, mentre dal basso verso l alto il flusso di energia in MW (MJ/s). Il grafico ci dice, ad esempio, che alle 10 il flusso di energia corrisponde a 470 MW (alle 10 vengono cioè utilizzati 470 MJ, cioè 470'000'000 J, ogni secondo). Osserva l andamento della curva da sinistra verso destra. Dal momento che la gente dorme, da mezzanotte (0) alle 6 il flusso di energia è basso. Poi la gente si sveglia, accende la luce, la radio e prepara un buon caffè. Nelle fabbriche si comincia a lavorare. Tutto ciò si traduce in un aumento del flusso di energia attorno alle 8. Tra le 11 e le 12 si nota un aumento dell utilizzo dovuto al fatto che le massaie ed i cuochi dei ristoranti cucinano il pranzo. Prova a spiegare l andamento per il resto della giornata! MW Ore 34 6. Depositi e Serbatoi di
6.2. Descrizione di alcuni depositi di energia Il Sole: è una fonte di energia dove non viene immessa altra energia. È quindi un deposito di energia e come tale prima o poi si svuoterà. Malgrado irradi nell universo una quantità enorme di energia, si pensa che continuerà a splendere per almeno altri 4 miliardi di anni. Da questo punto di vista non dobbiamo quindi preoccuparci. Lancette luminose: alcuni orologi e sveglie sono muniti di lancette luminose. Queste la n- cette sono dei depositi di energia. Quando c è luce si caricano con l energia che ricevono dalla luce. Nell oscurità liberano questa energia emettendo luce. Motorino a molla: molte automobili giocattolo hanno un motorino a molla. Durante la carica si immagazzina energia nella molla del motorino. Nella molla l energia rimane immagazzinata fino a quando viene utilizzata. Nei vecchi orologi si trovano ancora dei motorini a molla di questo tipo: la molla serve da deposito dell energia necessaria per far muovere le lancette dell orologio. Una sveglia dispone di un altra molla che funge da deposito di energia per la suoneria. Il cibo: l energia di cui l uomo ha bisogno viene pure depositata per parecchio tempo in un deposito di energia. Un sacco di zucchero è, come una cantina colma di patate, un deposito di energia. Il martello: anche un martello può essere considerato un deposito di energia. Mentre lo si accelera, figura 9, lo si carica di energia. Colpendo il chiodo, il martello trasferisce tutta la sua energia in breve tempo al chiodo. Più velocemente si muove il martello e più energia contiene. Serbatoio della benzina e della nafta: la maggior parte delle abitazioni dispone di un deposito per l energia che viene utilizzata per il riscaldamento: si tratta del serbatoio della nafta. Un abitazione riscaldata tramite il gas di città non ha bisogno di un simile deposito di energia: il gas arriva tramite la condotta. Altre e- conomie domestiche utilizzano propano o butano per la cucina. Questi gas provengono da depositi di energia: le bombole a gas. Le automobili prendono l energia che necessitano per muoversi da un deposito di energia: il serbatoio della benzina. La batteria dell automobile (accumulatore): nell automobile c è bisogno di energia ben prima che il motore giri, cioè per accendere il motore. Questo accade tramite un piccolo motorino di avviamento, che riceve e- nergia dalla batteria (figura 10). Una volta che il motore è acceso, la batteria ed il motorino di avviamento non vengono più utilizzati a tale scopo. La batteria viene ricaricata con e- nergia che riceve dalla dinamo. Quando il motorino di avviamento viene utilizzato a lungo e si viaggia poco, la dinamo non riesce più a ricaricare in maniera sufficiente la batteria. In questo caso si ricorre ad un apposito apparecchio che prende l energia dalla rete elettrica per ricaricare la batteria (figura 11). Batterie e pile: di certo saprai in quali occasioni vengono utilizzate. L energia viene immagazzinata in questi depositi durante la loro fabbricazione. 6. Depositi e Serbatoi di 35
Dinamo Motorino di avviamento 10 Esercizi: 1. Quali depositi di energia ci sono a casa tua? A quale scopo vengono utilizzati? 2. Quali depositi di energia vengono utilizzati negli orologi? Ci sono orologi senza depositi di energia? 3. Quali depositi di energia vengono utilizzati nelle automobili giocattolo? 6.3. Il simbolo per il deposito di energia Una batteria può essere ricaricata (figura 10). Durante la carica il polo positivo della batteria è collegato con il polo positivo della dinamo e il polo negativo con quello negativo. Fino a che la batteria viene caricata, essa funge da ricevitore di energia. Ti è chiaro che la batteria viene caricata con energia e non con elettricità? L elettricità fluisce attraverso la batteria depositando l energia che trasportava. Allo stesso modo, nel processo di scarica, si ricava energia dalla batteria (figura 10) e non elettricità! Anche durante la scarica il flusso di elettricità attraverso i due poli, in entrata e in uscita, è lo stesso. Riassumiamo quanto riportato nella figura 10 per la batteria in un unico simbolo (figura 12). Questo è il simbolo di un deposito di energia. Lo sfasamento del portatore in entrata e in u- scita dovrebbe mettere in evidenza il fatto che tra la carica e la scarica trascorre un po di tempo. Nella batteria si immagazzina energia ma non il portatore di energia che ve l ha trasportata. Ci sono però dei depositi nei quali l energia viene accumulata con il rispettivo portatore. Un deposito di questo tipo, ad esempio, è il serbatoio dell automobile. La figura 13 mostra il rispettivo diagramma di flusso dell energia. Confronta questo disegno con quello della batteria. Nella batteria l energia entra con il portatore elettricità ed esce poi con lo stesso portatore. Nel serbatoio dell automobile l energia entra con il portatore benzina ed esce con lo stesso portatore. Nel caso della batteria e del serbatoio dell automobile il portatore in entrata ed in uscita non cambia. Vi sono però dei depositi di energia in cui il portatore in entrata e in uscita non è il medesimo. Questi tipi di depositi sono quindi al contempo anche dei trasferitori di energia. 36 6. Depositi e Serbatoi di
Benzina Serbatoio della benzina 12 13 Benzina Esercizio: Disegna il simbolo per il deposito di energia bombola a gas. In questo deposito l energia viene immagazzinata assieme al portatore? 6. Depositi e Serbatoi di 37