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Energia

L'energia è l'attitudine di un sistema o di un corpo a compiere un determinato lavoro. L'energia è una proprietà della materia ed è strettamente legata ai concetti di lavoro e di forza. Se una forza (F) applicata a un corpo ne causa lo spostamento (s), la forza compie un lavoro (L).

il lavoro è il prodoto della forza applicata a un corpo

L'energia è la misura del lavoro che un corpo è in grado di compiere.

L'unità di misura dell'energia. Nel Sistema internazionale l'energia è misurata dall'unità di misura Joule. Il simbolo è J. Un joule è il lavoro compiuto dalla forza di un newton per spostare un corpo di un metro.

L'energia nella storia

L'attuale concetto di energia nasce con l'osservazione dei sistemi a sviluppare una forza. Si tratta però di un'accezione relativamente recente nella storia.

Nell'antichità l'energia è soprattutto la capacità di agire o la forza espressiva dell'uomo ( Aristotele ).

Nota. La parola energia deriva dal greco energheia ossia opera o attività.

Dal XVII secolo il termine inizia ad avere un'accezione contemporanea. In particolar modo con gli studi di Keplero.

L'attenzione degli scienziati nei confronti dell'energia nasce con il metodo sperimentale e con la meccanica classica.

A partire da questi secoli l'energia viene vista inizialmente come una grandezza fisica posseduta dai corpi che progressivamente viene consumata per generare il lavoro.

Nota. In un processo fisico il lavoro è una seconda grandezza derivante dall'energia. Può essere applicata in modo diverso e generare diversi tipi di forze (es. forza vapore, forza motrice, ecc. ).

Le forme di energia fondamentali

Le forme di energia fondamentali sono le seguenti:

  • Energia cinetica. L'energia cinetica è associata al movimento del corpo. È determinata dalla massa (m) e dalla velocità (v) di spostamento del corpo. È indicata con il simbolo Ec.
    formula dell'energia cinetica
  • Energia potenziale. L'energia potenziale è associata alla posizione di un corpo rispetto a un sistema di riferimento. È determinata dalle forze esterne come quelle provenienti dagli altri corpi appartenenti allo stesso sistema ( es. forza di gravità ). È indicata con il simbolo Ep o U.la formula dell'energia potenziale ( gravità )

Esempio. Se un vaso si trova sul balcone la sua energia potenziale è massima mentre l'energia cinetica è nulla. Quando il vaso cade, la velocità di caduta aumenta l'energia cinetica. Mentre cade diminuisce l'energia potenziale, perché si riduce l'altezza (h) dal suolo. Nel momento in cui il vaso colpisce il suolo, la sua energetica cinetica è massima mentre quella potenziale è nulla.

L'energia può assumere molte forme diverse:

L'energia meccanica

L'energia meccanica ( E ) è la somma della quantità di energia potenziale ( EP ) e di energia cinetica ( EC ) di un corpo derivanti dall'interazione con altre forze esterne del sistema di riferimento.

la formula dell'energia totale

E' anche detta energia meccanica totale.

La differenza tra energia meccanica ed energia totale

L'energia meccanica si distingue dall'energia totale (ET).

L'energia totale comprende anche l'energia interna (EI) delle singole componenti del corpo.

la formula dell'energia totale

L'energia interna è la somma dell'energia cinetica e potenziale delle singole componenti di un corpo ( es. molecole, atomi, nuclei, elettroni, particelle, ecc. ).

Nota. L’energia totale posseduta da un corpo dipende dal movimento continuo ( agitazione ) delle particelle che lo compongono.Per questo motivo l'energia totale è definita come la quantità di calore posseduta dal corpo.

La legge di conservazione dell'energia

Secondo la legge di conservazione, l'energia non si crea e non si distrugge ma si trasfoma.

In un sistema isolato, l'energia potenziale iniziale si converte in energia cinetica nel corso del tempo, ma la somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale è sempre costante.

Esempio 1. Quando facciamo bollire una pentola di acqua sul fuoco, una parte di energia potenziale dell’acqua si converte in energia termica. L’energia totale si trasforma nelle sue componenti qualitative. Tuttavia, non subisce una perdita ( trasformazione quantitativa su scala globale ).

Esempio 2. Durante la caduta del vaso dal balcone si verifica il trasferimento dell'energia potenziale all'energia cinetica ma l'energia meccanica resta costante.

Le fonti di energia

FONTI DI ENERGIADal punto di vista fisico scientifico ogni sistema è costituito da una determinata quantità di energia. Tuttavia, l'uomo è in grado di produrre energia soltanto da determinate risorse.

Si definiscono fonti di energia ( o fonti energetiche ) le risorse energetiche che l'uomo è in grado di trasformare in energia applicabile (o energia utile) tramite le attuali conoscenze scientifiche e tecnologiche.

Le principali fonti di energia sono le seguenti:

  1. risorse fossili ( petrolio, gas naturale, carbone )
  2. energie rinnovabili ( eolica, solare, idroelettrica, geotermica )
  3. energia nucleare

Le fonti di energia variano nel corso della storia sulla base della conoscenza scientifica e delle tecnologie a disposizione dell'uomo.

L'energia è la principale materia prima del sistema economico ed un fattore insostituibile per lo sviluppo economico della società contemporanea.

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