Energia
Nella fisica classica l'energia è definita come la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro e la misura di questo lavoro è a sua volta la misura dell'energia. Dal punto di vista strettamente termodinamico l'energia è definita come tutto ciò che può essere trasformato in calore a bassa temperatura.
Il concetto di energia nasce, nella meccanica classica, dall'osservazione sperimentale che la capacità di un sistema fisico di sviluppare una forza decade quando il sistema stesso stabilisce un'interazione con uno o più sistemi mediante la stessa forza. In questo senso l'energia può essere definita come una grandezza fisica posseduta dal sistema che può venire "consumata" per generare una forza. Dal momento che l'energia posseduta da un sistema può essere utilizzata dal sistema stesso per produrre più tipi di forze, si definisce una seconda grandezza, il lavoro appunto, che definisce il consumo di energia in relazione al processo fisico mediante il quale la forza è stata generata.
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Origine del termine [modifica]
La parola energia deriva dal tardo latino energīa, a sua volta dal greco ἐνέργεια (energheia), termine usato da Aristotele nel senso di azione efficace, composta da en, particella intensiva, ed ergon, capacità di agire.[1]
Forme di energia [modifica]
L'energia esiste in varie forme, ognuna delle quali possiede una propria equazione dell'energia. Le principali forme di energia (non tutte fondamentali) sono:[2]
- Energia meccanica, definita classicamente come somma di energia potenziale e energia cinetica[3]
- Energia chimica
- Energia elettrica
- Energia elettromagnetica
- Energia luminosa o radiante
- Energia termica
- Energia nucleare.
Tali forme di energia possono essere trasformate l'una nell'altra, ma ogni volta che avviene tale trasformazione una parte di energia (più o meno consistente) viene inevitabilmente trasformata in energia termica (cioè si produce calore);[4] si parla in questo caso di "effetti dissipativi".
Fonti di energia elettrica [modifica]
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Per approfondire, vedi centrale elettrica. |
Spesso con la locuzione "energia" + aggettivo si intende la fonte di energia attraverso quale è possibile una produzione di corrente elettrica.
- Energia idroelettrica
- Energia mareomotrice
- Energia geotermica
- Energia eolica
- Energia solare
- Energia magnetica
- Energia potenziale
- Energia racimolata.
Con il termine energie rinnovabili si intendono quelle fonti di energia che non si esauriscono o si esauriscono in tempi che vanno oltre la scala dei tempi "umani" (ad esempio: energia solare, eolica, geotermica, mareomotrice. fusione nucleare), altrimenti si parla di energie non rinnovabili (ad esempio petrolio e carbone), mentre con il termine energie alternative si intendono le fonti di energia alternative ai classici combustibili o fonti fossili.[2]
Unità di misura [modifica]
L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale per l'energia e il lavoro è il joule (simbolo: J), chiamata così in onore del fisico inglese James Prescott Joule e dei suoi esperimenti sull'equivalente meccanico del calore. 1 joule esprime la quantità di energia usata (ossia il lavoro effettuato) per esercitare la forza di un newton per la distanza di un metro. 1 joule equivale quindi a 1 newton·metro, e in termini di unità base SI, 1 J è pari a 1 kg × m2 × s−2.
Nel CGS l'unità di misura per l'energia è l'erg, equivalente ad 1 dyne·centimetro e in termini di unità base CGS a 1 g × cm2 × s−2 (corrisponde a 10−7 J).
Altre unità di misura adottate per esprimere l'energia sono:
- elettronvolt = 1,602 176 46 × 10−19 J
- caloria = 4,186 799 940 9 J
- British thermal unit (BTU) = 1 055,06 J
- kilowattora = 3,6 × 106 J
Energia, calore e lavoro [modifica]
La misurazione dell'energia permette di prevedere quanto lavoro un sistema è in grado di compiere. Svolgere un lavoro richiede energia, quindi la quantità di energia presente in un sistema limita la quantità massima di lavoro che il sistema può svolgere. Ad esempio nel caso di moto unidimensionale, l'applicazione di una forza per una distanza richiede un'energia pari al prodotto del modulo della forza per lo spostamento.
Si noti, comunque, che non tutta l'energia di un sistema è immagazzinata in forma utilizzabile, in quanto una parte è dispersa sotto forma di calore; quindi, in pratica, la quantità di energia di un sistema, disponibile per produrre lavoro, può essere molto meno di quella totale del sistema. Il rapporto tra l'energia utilizzabile e l'energia fornita da una macchina viene chiamato rendimento.[4]
Conservazione dell'energia [modifica]
L'energia permette anche di fare altre previsioni. Infatti, grazie alla legge di conservazione dell'energia valida per sistemi chiusi, si può determinare lo stato cinetico di un sistema sottoposto ad una sollecitazione quantificabile. Questa e altre leggi, applicate all'universo nel suo intero, affermano che l'energia non si crea e non si distrugge, bensì si trasforma e si degrada, di conseguenza l'energia, come la massa, può essere definita una grandezza conservativa.
La celebre equazione di Einstein E=mc^2, diretta derivazione della Teoria della relatività ristretta, mostra come in realtà massa ed energia siano due "facce della stessa medaglia" di un sistema fisico. Da questa semplice equazione si evince infatti che la massa può essere trasformata in energia e viceversa; quindi la massa può essere considerata una forma di "energia condensata".
Quindi considerando anche il principio di conservazione della massa i due principi fisici possono essere fusi in un principio unico sotto la denominazione di principio di conservazione della massa/energia.
L'energia in fisica classica e in meccanica quantistica [modifica]
Nella fisica classica l'energia è una proprietà scalare continua immagazzinata da un sistema.
Nella meccanica quantistica invece per i sistemi legati, cioè i sistemi in cui l'energia della particella non supera le barriere di potenziale, è "quantizzata", cioè può assumere un numero discreto di valori (o "livelli energetici"), tutti multipli di un quanto di energia, il quale rappresenta la quantità più bassa di energia che può essere immagazzinata nel sistema.
Importanza [modifica]
Oltre a pervadere l'Universo, l'energia ha un grosso impatto sulla Terra: in ambito biologico l'energia dà vita al mondo degli essere viventi permettendone le loro molteplici attività, mentre in ambito tecnologico permette, tramite il suo sfruttamento a livello industriale, la trasformazione di materie prime in prodotti o beni finali o direttamente la fornitura di servizi utili all'uomo e alla società (vedi risorse e consumo di energia nel mondo).
La società moderna è dunque estremamente dipendente dall'energia (nelle sue forme di energia meccanica, energia elettrica, energia chimica, energia termica) in tutti i suoi processi produttivi e gestionali (es. autotrazione, trasporto marittimo e aereo, riscaldamento, illuminazione, funzionamento apparecchiature elettriche, processi industriali ecc.). Grande interesse e preoccupazione riveste dunque il problema energetico globale riguardo l'esaurimento nel tempo delle fonti fossili, la principale fonte di energia primaria il cui utilizzo intensivo ha permesso il notevole sviluppo economico dalla prima rivoluzione industriale fino ai giorni nostri.
Note [modifica]
- ^ Douglas Harper. Energy in Online Etymology Dictionary. URL consultato in data 6 maggio 2011.
- ^ a b Turchetti, op. cit., p. 154
- ^ Turchetti, op. cit., p. 155
- ^ a b Turchetti, op. cit., p. 158
Bibliografia [modifica]
- Enrico Turchetti; Romana Fasi, Elementi di Fisica, 1a ed., Zanichelli, 1998. ISBN 8808097552
- Luca Siragusa, L'energia del sole e dell'aria come generatrice di forme architettoniche, 1a ed. (in italiano), Cleup, 2009. ISBN 9788861292925
Voci correlate [modifica]
- Principio di conservazione
- Legge di conservazione dell'energia
- Lavoro
- Calore
- Potenza (fisica)
- Densità energetica
- Efficienza energetica
- Energia di interazione
- Energia interna
- Energia libera
- Energia libera di Gibbs
- Energia libera di Helmholtz
- Energia di ionizzazione
- Energia di legame
- Energia a gradiente salino
- Energia oscura
- Energia del vuoto
- Energia di punto zero
- Energia grigia
- Energetica
- Disastri energetici
- Immagazzinamento dell'energia
- Problema energetico
- Risorse e consumo di energia nel mondo
Altri progetti [modifica]
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