Lezione sull'energia

1. ENERGIA
Elemento fondamentale per la nostra vita

2. ENERGIA
L'energia è definita come la
capacità di un corpo o di un
sistema di compiere lavoro.
Quando l’energia passa da una forma all’altra
succedono le cose, ovvero viene compiuto lavoro
Nel motore dell’automobile, per esempio, la benzina
fornisce energia chimica, che, quando il motore
viene avviato, viene convertita in energia
meccanica, energia termica, energia elettrica ed
energia acustica.

3. ENERGIA
L'energia è indispensabile per la sopravvivenza
dell’uomo: da quella muscolare per svolgere le
funzioni essenziali fino a quella sofisticatissima per
produrre elettricità.
L'energia è alla base di tutti i fenomeni naturali, per gli
animali i vegetali ed è alla base di tutti i principi
fisici.

4. FORME DI ENERGIA
L'energia esiste in varie forme, le principali sono:
 Energia meccanica
 Energia chimica
 Energia nucleare
 Energia termica
 Energia elettrica

5. ENERGIA MECCANICA
L’energia meccanica si differenzia in due gruppi: energia
potenziale e energia cinetica.
L'energia potenziale è accumulata in oggetti che potrebbero
muoversi.
L’energia cinetica è quella posseduta dagli oggetti che si
muovono.

6. ENERGIA CHIMICA
L'energia chimica è un'energia che varia a causa della
formazione o rottura di legami chimici di qualsiasi tipo.
Ad esempio un barile di petrolio contiene energia chimica
potenziale che può essere utilizzata per alimentare un
motore.
In una centrale elettrica, l'energia chimica potenziale del
carbone, mediante combustione, genera calore che viene
trasformato in energia elettrica.
Quest'energia fu la prima ad essere utilizzata dall’uomo
primitivo per riscaldarsi e poi per cucinare.

7. ENERGIA NUCLEARE
Con energia nucleare si intendono tutti quei fenomeni in cui si
ha produzione di energia in seguito a trasformazioni nei
nuclei atomici.

8. ENERGIA NUCLEARE
Fissione nucleare
La fissione nucleare è una reazione nucleare in
cui il nucleo viene diviso tramite il
bombardamento con neutroni o altre
particelle elementari in frammenti in un
processo che libera energia. È la reazione
nucleare comunemente utilizzata nei reattori
nucleari.

9. ENERGIA NUCLEARE
Fusione nucleare
La fusione è il processo di reazione nucleare
col quale i nuclei di due o più atomi
vengono compressi fino ad unirsi e
generando un nucleo di un elemento di
massa maggiore dei suoi costituenti. Il
processo di fusione è il meccanismo che
alimenta il Sole e le altre stelle

10. ENERGIA TERMICA
L'energia termica è la forma di energia posseduta da qualsiasi
corpo che abbia una temperatura superiore allo zero
assoluto

11. ENERGIA ELETTRICA
L'elettricità è una forma molto versatile di energia, che
può essere convertita in molte altre forme, come la
luce, il calore, il movimento etc.. .

12. ENERGIA ELETTRICA
Più di duemila anni fa i greci erano rimasti colpiti dalle
caratteristiche dell'ambra, una resina prodotta da
alcuni alberi e induritasi col tempo. Dopo averla
strofinata con un panno di lana, essa acquista la
proprietà di attrarre corpi leggeri (pezzetti di paglia,
piccoli semi) che si trovano nelle sue immediate
vicinanze.
La parola elettricità deriva dal greco elektron, che vuol
dire appunto ambra.

13. FONTI DI ENERGIA ELETTRICA
Spesso con la locuzione "energia" + aggettivo si intende
la fonte attraverso quale è possibile una produzione di
corrente elettrica.
• Energia TermoElettrica
• Energia Nucleare
• Energia idraulica
• Energia mareomotrice
• Energia geotermica
• Energia eolica
• Energia solare

14. FONTI DI ENERGIA ELETTRICA
Si definiscono fonti primarie di energia quelle presenti in
natura prima di avere subito una qualunque
trasformazione. Sono fonti primarie le fonti energetiche
esauribili (petrolio grezzo, gas naturale, carbone,
materiali fissili) e le fonti di energia rinnovabili quali
energia solare, eolica, idrica, biomasse, geotermica e
... l'intelligenza umana (risparmio energetico)
Si definiscono invece fonti secondarie quelle che
derivano, in qualunque modo, da una trasformazione di
quelle primarie: sono fonti secondarie, per esempio, la
benzina (perché deriva dal trattamento del petrolio
greggio), il gas di città (che deriva dal trattamento di
gas naturali), l’energia elettrica (che deriva dalla
trasformazione di energia meccanica o
chimica), eccetera.

15. ENERGIA TERMOELETTRICA
Le centrali termoelettriche sono la tipologia di centrali più diffusa
nel pianeta. Il principio di funzionamento di una centrale
termoelettrica classica è abbastanza semplice.
Un elemento combustibile (derivati del petrolio, carbone o gas)
viene bruciato in modo da sviluppare calore; questo calore viene
trasmesso a una caldaia, nella quale circola acqua ad alta
pressione che raggiungendo temperature elevate viene
trasformata in vapore.
Il vapore viene convogliato verso delle macchine rotanti
denominate turbine a
vapore in cui viene
generata energia
meccanica.
Collegati all'albero in
rotazione di tali
turbine vi sono gli
alternatori i quali
convertono l'energia
meccanica di
rotazione in energia
elettrica.

16. ENERGIA TERMOELETTRICA
Petrolio
Olio di pietra, dal latino petra e oleum, è un liquido denso,
vischioso, dall’odore caratteristico e di colore variante da giallo-
bruno a nerastro. Il petrolio è costituito da una miscela di
idrocarburi naturali liquidi (olio) e, in proporzione molto minore,
gassosi (gas naturale) e solidi (bitumi e asfalti).
Il petrolio si concentra in rocce serbatoio, ossia in volumi circoscritti
del sottosuolo dove particolari conformazioni delle rocce porose
e delle sovrastanti rocce impermeabili, definite trappole, ne
impediscono la dispersione verso la superficie.
Il disegno mostra un bacino dove si
forma il petrolio: i resti di organismi
animali e vegetali si depositano,
l'ossigeno si disperde, il carbonio e
l'idrogeno formano gli idrocarburi che
danno origine alla roccia madre.
Le alte pressioni e temperature
permettono la formazione del petrolio
che si accumula nella roccia serbatoio.

17. ENERGIA TERMOELETTRICA
Carbone
Minerale originato dalla carbonificazione di materiale
vegetale, soprattutto legno, che si è accumulato in
ambiente senza ossigeno e che è stato sepolto da una
coltre sedimentaria.
Il carbone ha la proprietà di bruciare con
reazione che produce notevole calore.
Il carbone è una materia prima molto economica perché
ritenuta abbondante e non soggetta a mutazioni
nell'andamento dei prezzi anche perché si trova
praticamente in tutte le aree geografiche e quindi non
risente delle tensioni socio-politiche come succede
invece per il petrolio e in qualche misura per il gas
naturale.

18. ENERGIA NUCLEARRE
Nelle centrali nucleari si ottiene calore mediante la
fissione controllata di atomi di uranio.
Nel nocciolo avvengono le reazioni nucleari, che
riscaldano a temperature anche notevoli gli elementi di
combustibile, (l'uranio) che è impilato in cilindri molto
lunghi e stretti.
Questi sono lambiti dall'acqua di raffreddamento del
circuito primario, che
raffreddandoli asporta il
calore e si riscalda fino a
diventare vapore che
investe una turbina,
collegata a un alternatore
che produce energia
elettrica.
Nocciolo di un reattore nucleare

19. ENERGIA NUCLEARRE

20. ENERGIA NUCLEARRE
Uranio
L'uranio è un metallo bianco-argenteo, molto diffuso,
che viene estratto dalla crosta terrestre; è molto
pesante tossico, radioattivo e di poco più tenero
dell'acciaio. Il suo isotopo U235 trova impiego come
combustibile nei Reattori nucleari e nella
realizzazione di armi nucleari essendo l'unico
isotopo fissile esistente.

21. ENERGIA IDRAULICA
L'energia idroelettrica è quel tipo di energia che sfrutta
la trasformazione dell'energia potenziale gravitazionale
(posseduta da masse d'acqua in quota) in energia
cinetica nel superamento di un dislivello, la quale
energia cinetica viene trasformata, grazie ad un
alternatore accoppiato ad una turbina, in energia
elettrica.

22. ENERGIA IDRAULICA
I greci e i romani furono le prime civiltà ad utilizzare
la potenza dell'acqua sfruttando questo tipo di
energia rinnovabile solo per azionare semplici
mulini per macinare il grano.
Si deve aspettare il Basso Medioevo e gli Arabi del
Nord-Africa, per avere altri metodi di sfruttamento
dell'acqua.
Questo tipo di energia fu
sempre più utilizzato, sia per
l'irrigazione dei campi, sia per
la bonifica di vaste zone
paludose che per realizzare
lavori basilari come la
macinazione dei cereali od il
taglio del legname.

23. ENERGIA IDRAULICA
Un progresso tecnico di enormi proporzioni si è
avuto alla fine dell'Ottocento, circa all'inizio della
Seconda Rivoluzione Industriale con l'evoluzione
della ruota idraulica in turbina.

24. ENERGIA IDRAULICA
In Italia lo sfruttamento dell’energia idraulica per la
produzione di energia elettrica ha rappresentato la base
dell’elettrificazione del paese ed ancora oggi l’acqua
rappresenta la fonte energetica rinnovabile più
consistente e contribuisce a soddisfare circa il 15% della
richiesta di energia elettrica nazionale.

25. ENERGIA MAREOMOTRICE
L'energia mareomotrice è quella ricavata dagli spostamenti
d'acqua causati dalle maree, che in alcune zone del pianeta
possono raggiungere anche i 20 metri di ampiezza
verticale.

26. ENERGIA GEOTERMICA
L'energia geotermica è una forma di energia sfruttabile che deriva
dal calore presente negli strati più profondi della crosta terrestre.
Infatti penetrando in profondità nella superficie terrestre, la
temperatura diventa gradualmente più elevata, aumentando
mediamente di circa 30 °C per km nella crosta terrestre.
Il termine geotermia deriva
dal greco "gê" e "thermòs"
ed il significato letterale è
calore della Terra.

27. ENERGIA EOLICA
L'energia eolica è il prodotto della
conversione dell'energia cinetica
del vento in altre forme di energia
(elettrica o meccanica). Oggi viene
per lo più convertita in energia
elettrica tramite una centrale
eolica, mentre in passato l'energia
del vento veniva utilizzata
immediatamente sul posto come
energia motrice per applicazioni
industriali e pre-industriali (come,
ad esempio, nei mulini a vento).
Prima tra tutte le energie
rinnovabili per il rapporto
costo/produzione, è stata la prima
forma di energia rinnovabile
scoperta dall'uomo dopo il fuoco.

28. ENERGIA EOLICA
Nell’antichità il vento veniva utilizzato, mediante pale cinghie
e pulegge, per muovere direttamente semplici meccanismi
di archeologia industriale. Oggi una moderna centrale
eolica è costituita da una turbina a pale e da un alternatore
che genera la corrente elettrica, l’unione delle due parti
costituisce quello che generalmente viene detto generatore
eolico.

29. ENERGIA SOLARE
Per energia solare si intende l'energia, termica o
elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia
irraggiata dal Sole (fonte rinnovabile) verso la
Terra.
L'energia solare può essere utilizzata per generare
elettricità (fotovoltaico) o per generare calore
(solare termico).

30. FOTOVOLTAICO
Cosa è un impianto fotovoltaico?
Un impianto fotovoltaico è un impianto elettrico che
sfrutta l'energia solare per produrre energia
elettrica mediante effetto fotovoltaico.

31. FOTOVOLTAICO
Di cosa stiamo parlando?
Il termine fotovoltaico è composto
dalle parole foto = luce e volt =
tensione cioè indica quel processo
fisico per cui la radiazione luminosa
proveniente dal sole quando
colpisce la cella solare alcuni fotoni
(particelle di energia che lo
compongono) trasferiscono la loro
energia agli elettroni che
incominciando a muoversi in una
direzione particolare creando
corrente elettrica continua.

32. FOTOVOLTAICO
Le celle fotovoltaiche sono
costituite di due sottili strati di silicio (semiconduttore). Il
primo strato (n) tende a raccogliere elettroni (-), il secondo
(p) raccoglie le cariche positive (+). Nella zona di contatto
si forma un campo elettrico dovuto alla diversità dei due
materiali.
Collegando i due strati con un circuito elettrico esterno, si
genera una corrente elettrica continua.

33. FOTOVOLTAICO
Perché il silicio?
Dopo l’ossigeno, il silicio, è l’elemento più diffuso sulla
crosta terrestre (28%). Allo stato puro ha struttura
cristallina simile a quella del diamante. Per ottenere il
silicio si parte da sabbia di rocce silicee e quarzose.
Dopo varie fasi si ottiene silicio metallurgico, usato per
le cellule FV, che è un prodotto di scarto del silicio
elettronico perché meno puro.

34. FOTOVOLTAICO
Struttura di un impianto

35. SOLARE TERMICO
Gli impianti solari termici sono dispositivi che
permettono di catturare l'energia solare,
immagazzinarla e usarla per scopi termici
(riscaldamento o acqua sanitaria calda) o per
generare energia elettrica.

36. SOLARE TERMICO
I componenti principali di un impianto Solare Termico sono:
 pannelli solari
 serbatoio per l'accumulo di acqua calda
 centraline di regolazione e pompe di circolazione (negli impianti a circolazione
forzata)
Il loro funzionamento prevede che il sistema di circolazione trasferisca il calore
prodotto dai pannelli solari verso il punto di accumulo o di utilizzo.
Solitamente il vettore di calore (tipicamente un fluido) è rappresentato
dall’acqua a cui solitamente viene aggiunta una soluzione antigelo per evitare il
congelamento nei periodi freddi.

37. SOLARE TERMICO
Centrale elettrica termica (Solare termodinamico)
Questo tipo di centrale attraverso dei pannelli solari
convogliano la luce solare in un liquido che assorbe
l'energia, si riscalda fino a giungere ad ebollizione. Una
volta diventato gas viene convogliato in una turbina
collegata a un alternatore che produce corrente elettrica.
Esiste una seconda tipologia di centrali che non utilizza
pannelli solari ma specchi. Gli
specchi vengono puntati verso
un serbatoio posto alla
sommità di una torre. La luce
concentrata dagli specchi fa
evaporare il liquido contenuto
nel serbatoio che inviato alla
turbina e all'alternatore per
generare energia elettrica.

38. SOLARE TERMICO
Un pò di Storia
Lo storico bizantino Zonaras narra, che, nella seconda guerra
punica 213 a.C. durante l’assedio di Siracusa, su richiesta
di Gerone II (tiranno di Siracusa dal 270 al 216 a.C. )
Archimede, distrusse la flotta romana del generale Marcello
con l’ausilio dell’energia del sole.
Per mezzo di uno specchio concavo formato da centinaia di
scudi metallici che riflettevano i raggi
del sole, concentrò l’energia solare
sulle navi nemiche per bruciare le
vele e gli scafi lignei. Plutarco
aggiunge che i Romani, spaventati
dal fuoco che non veniva da una
fonte visibile, credettero di stare
lottando contro gli Dei.

39. SOLARE TERMICO
Ai nostri giorni questo principio viene usato per realizzare le
centrali solari a torre che sfruttano questo principio. Le
buone idee non hanno tempo.
Centrale solare Eurelios di Adrano (CT)

40. SOLARE TERMICO
Un po’ di Geografia Astronomica