Lavoro ed Energia

1. Lavoro ed Energia L’energia si presenta in natura sotto forme diverse OBIETTIVO: presentare le varie forme particolari mediante il concetto di LAVORO

2. Il Lavoro Linguaggio Quotidiano Linguaggio Fisico Attività come correre, saltare, tirare un pallone sono giocare Si compie molto Lavoro Attività come studiare, leggere, scrivere sono un modo di lavorare Si compie ben poco Lavoro

3. Il Lavoro Cosa è il Lavoro per la Fisica ? Esercitare una forza su un corpo mentre si muove nella stessa direzione della forza

4. … dall’Origine

5. Energia Cinetica Qual è l’effetto cumulativo di una forza nello spazio? Il Lavoro di una forza risultante è uguale alla variazione della Energia Cinetica Energia posseduta dai corpi in movimento

6. Energia del Vento Anemometro: Misura la velocità del vento Moltiplicatore: Trasforma la rotazione lenta delle pale fino a 1500 giri/m per muovere l’alternatore Alternatore: Converte energia meccanica in elettrica Aerogeneratore Funziona con un vento da 10 a 60 km/h Produce 500-600 kW

7. Energia Eolica Germania in testa con 4000 MW La stessa produzione con una centrale a carbone emetterebbe nell’atmosfera 22000 t di CO2, 125 t di anidride solforosa43 t di ossido di azoto Una fattoria del vento può produrre fino a 20 milioni di kW all’anno, sufficienti per 7000 famiglie. Italia al 5° posto con 280 MW

8. Energia Potenziale Lavoro = aumento di energia cinetica Sempre? Non nel caso in cui si solleva un corpo Vi è un’energia che dipende dall’altezza rispetto al suolo, legata all’attrazione terrestre

9. Energia Potenziale Energia immagazzinata sfruttabile

10. L’Energia si Conserva Forze conservative Il passaggio da EP a EC e viceversa avviene in modo che la loro somma si mantenga costante

11. … e con l’Attrito ? Come mantenere la conservazione dell’Energia ? L’energia trasformata non sembra essere uguale a quella iniziale. Parte della EC si trasformain Calore

12. Il Calore Il legame tra Lavoro e Calore si è sviluppato con le conoscenze empiriche attraverso i secoli Motore di Newcomen (1702) L’uomo addomestica il fuoco Macchine a vapore (XIX secolo)

13. Il Calore della Terra

14. Energia Geotermica La risorsa geotermica è costituita da acque sotterranee che, a contatto con rocce ad alte temperature, si riscaldano. È sfruttata per riscaldare case e serre Impianto geotermico di Valle Secolo

15. Calore dal Sole L’energia del Sole si può facilmente convertire in calore. Floricoltori e agricoltori da tempo sfruttano il fenomeno nelle serre. Un pannello solare

16. Energia Termica Il Caloreera pensatocomeun fluido nei corpi. Alla fine dell’800 si dimostrò che è una forma di Energia Gas, liquidi e solidi sono formati da atomi e molecole. La somma di tutte le energie cinetiche delle singole particelle è l’Energia Termica

17. Termica – Elettrica Una centrale trasforma l’energia termica generata dalla combustione in energia meccanica, che è poi trasformata in energia elettrica In Italia la componente termoelettrica rappresenta circa l’80% del totale

18. Energia dei Sistemi Biologici Tutti gli esseri viventi necessitano di energia per vivere. Essa proviene dal cibo

19. Energia Chimica Energia chimica nel cibo Frutta, verdura Molto bassa Latte Carne Cereali Alta Oli, grassi Molto alta Dovuta ai legami esistenti fra atomi e molecole che compongono alimenti, combustibili, esplosivi, e che sono detti legami chimici. Bassa Media

20. Energia Chimica I Combustibili La reazione è detta Ossido-Riduzione Sostanze che reagendo chimicamente con un comburente rilasciano energia La reazione si propaga lentamente

21. Energia Chimica Gli Esplosivi È una sostanzao miscela che subisce una trasformazione chimica repentina in assenza di ossigeno dall’esterno La reazione si propaga con grande rapidità, accompagnata da una emissione di energia, soprattutto meccanica

22. Energia Chimica La Pila di Volta Walkman, orologi, cellulari, pace-maker, motori di avviamento di auto e motorini sono alimentati da pile o da accumulatori. Forniscono energia elettrica a spese dell’energia chimica, attraverso reazioni chimiche che avvengono al loro interno

23. Energia Elettrica Un’altra proprietà dei corpi : LA CARICA Esistono solo due tipi di carica elettrica Due corpi dotati della stessa carica si respingono Due corpi dotati di carica opposta si attraggono

24. Energia Elettrica È associata alla forza che si esercita tra corpi carichi. Nell’attrarsi ( o respingersi) le cariche accelerano, acquistando energia cinetica In un circuito elettrico le cariche si muovono da un capo all’altro formando la corrente elettrica

25. Energia Elettrica illuminare e far funzionare le città Ormai indispensabile per la nostra vita quotidiana È usata per: Luce notturne delle città del mondo

26. Energia Elettrica Ormai indispensabile per la nostra vita quotidiana È usata per: Far funzionare elettrodomestici, la TV e le telecomunicazioni

27. Consumi di Energia Elettrodomestico Potenza Media Scaldabagno Lavatrice 300 – 800 watt Frigorifero 200 – 500 watt Lampada di Edison PC 20 –200 watt L’incremento nel consumo di energia elettrica fu dovuto all’invenzione della lampadina da parte di Edison (1876) 1500 – 4000 watt

28. Energia Magnetica Le proprietà delle calamite e l’orientazione costante N/S dell’ago della bussola sono manifestazioni della esistenza dell’energia magnetica Elettricità e magnetismo sono strettamente legati: Un filo percorso da corrente è in grado di orientare una bussola. Questo principio è alla base dei motori elettrici.

29. En. Elettromagnetica Un campo elettrico variabile nello spazio genera un campo magnetico Un campo magnetico variabile nello spazio genera un campo elettrico La fluttuazione dei campi elettrici e magnetici concatenati si propaga nello spazio sotto forma di un’onda

30. Onde Elettromagnetiche La luce è la forma più nota di energia elettromagnetica. Si sposta anche nel vuoto • Ci sono molte altre forme, non visibili dai nostri occhi: • Raggi X • Raggi ultravioletti • Raggi Infrarossi • Micro e radio onde

31. Raggi X Scoperti da Röntgen nel 1895 Sono utilizzati per esplorare l’interno del corpo umano la struttura interna dei metalli L’analisi elementare dei materiali Wilhelm Röntgen

32. Energia dal Sole Intensità energia elettromagnetica in ogni istante 1000 Watt/m2 In Italia l’irraggiamento medio è 4,5 kWh/m2/giorno

33. Energia dal Sole Le celle fotovoltaiche trasformano l’energia solare in energia elettrica usando materiali semiconduttori

34. Energia dal Sole Esempi Applicativi Casa autosufficiente Centrale di Monte Aquilone

35. Micro e Radio Onde Dati recenti dimostrano che non c’è evidenza di danni provocati da campi EM a bassa frequenza (50 Hz) o da emissioni a radiofrequenza dei telefonini, oltre un certa “distanza minima” Antenna per cellulari

36. Energia Nucleare Deriva dalla rottura e ricomposizione dei legami fra i protoni e i neutroni che formano i nuclei atomici. E = mc2 La massa è una forma di energia

37. Fusione Nucleare Le stelle sono i principali motori ad energia nucleare Nel Sole, in ogni secondo, 560 milioni di tonnellate di idrogeno si trasformano in elio, liberando un’energia di 3,8 x 1023 kJoule

38. Energia del Futuro ? Un reattore basato sulla fusione nucleare Deve raggiungere temperature fino a 100 milioni di gradi Schema di reattore tokamak

39. Fissione Nucleare 0n1 + 92U235 56Ba141 + 36Kr92 +3 0n1 Un neutrone lento urta un atomo di uranio e lo spezza in due nuclei di dimensioni circa uguali La fissione di 1 grammo di Uranio fornisce energia come 2 ton. di petrolio

40. Era Atomica Nel 1942, Enrico Fermi realizza il primo reattore nucleare a fissione. Inizia così l’era atomica

41. Reattori Nucleari Le barre di uranio emettono calore e scaldano l’acqua. Il vapore in pressione alimenta la turbina per produrre energia elettrica

42. Reattori e Bombe Il 16 luglio 1945 viene sperimentata la prima bomba “atomica” nel deserto del Nevada. Il 6 agosto 1945 una bomba distrugge Hiroshima