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L’ENERGIA

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Cristina Del Fabbro

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La parola energia deriva dal greco EN (dentro) e ERGON ( lavoro) Per gli scienziati l’ENERGIA é la forza di compiere un lavoro. L'energia si trova dappertutto intorno a noi, nei mezzi di trasporto, nell'industria, nelle case e anche nel nostro corpo. L’energia è legata a tutte le attività dell’uomo: quando pensiamo o ci muoviamo utilizziamo energia immagazzinata nel nostro corpo. E’ l’energia che illumina e riscalda le nostre case, che permette di spostarci, che alimenta e fa funzionare le macchine e gli strumenti che adoperiamo.

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L’energia è immagazzinata sotto forme e materiali diversi che chiamiamo "risorse energetiche“ o "fonti energetiche". Se si esclude una piccola parte (0,02%) che proviene dalle maree e dal calore interno della terra, l’energia che utilizziamo deriva quasi interamente (99,98%) dall’energia solare.

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Origina il clima (luce, calore, venti e ciclo dell’acqua). Le piante la trasformano in alimenti e in combustibili (legna, carbone, petrolio, gas naturale) attraverso la fotosintesi. Gli animali e l’uomo assumono energia sotto forma di cibo già trasformato (vegetali o animali).

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La STORIA dell’ENERGIA

L’uomo preistorico utilizzava l’energia del sole e muscolare per soddisfare i suoi bisogni primari come procurarsi il cibo, costruirsi un riparo e riscaldarsi. In seguito scoprì il fuoco e imparò a mantenerlo acceso, poi ad accenderlo. Una volta domato il fuoco, l’uomo poté cuocere il cibo, scaldarsi, fare luce, difendersi dagli animali feroci.

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Nelle civiltà antiche gli uomini continuarono a utilizzare le fonti di energia conosciute dall’uomo primitivo: l’energia del sole , l’energia del fuoco , l’energia muscolare di uomini e animali. L’uomo imparò ad usare anche un’altra fonte di energia : il vento. Il vento venne sfruttato dagli uomini per navigare sui fiumi e sul mare. Probabilmente furono gli Egiziani i primi a costruire le barche a vela.

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In un secondo tempo l’energia del vento venne utilizzata anche per muovere semplici macchinari come le macine dei mulini o le pompe per sollevare l’acqua. I primi mulini a vento furono costruiti dai Persiani.

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Un grosso problema per le prime grandi civiltà fu l’irrigazione dei campi, perché attingere e trasportare l’acqua richiedeva un grande dispendio di energia. Per sollevare l’acqua furono inventati vari congegni a forma di ruota , mossi per lo più dall’energia muscolare e dall’ energia del vento: uno di questi congegni era costituito da una grande ruota al cui bordo erano fissati numerosi secchi . L’uomo imparò così a sfruttare l‘energia dell’acqua. Nel Medioevo vennero costruiti i primi mulini a vento, e in Europa, le ruote idrauliche furono utilizzate per vari scopi: far funzionare i mulini, azionare seghe, martelli, premere le olive …

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James Watt, nel 1782, mise a punto la prima macchina a vapore in grado di compiere un lavoro grazie al calore anzichÊ all’energia muscolare. Nel 1790 fu inventata la locomotiva. In seguito l’energia del vapore venne utilizzata anche per altri mezzi di trasporto come il battello a vapore. Scuola primaria

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Fin dai primi dell’Ottocento una nuova forma di energia , quella elettrica, suscitò interesse per la sua applicazione, sia come forza motrice sia come sorgente di luce. Nel 1876 August Otto costruì il primo motore a scoppio che bruciava una miscela di aria e gas: in seguito all’invenzione dell’automobile si cominciò ad usare un combustibile: la benzina.

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Negli ultimi anni l’uomo ha richiesto una maggiore quantità di energia. Lo sfruttamento dei combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale) è aumentato, ma queste sostanze oltre ad essere inquinanti, perché bruciando liberano nell’aria delle sostanze velenose, come l’anidride carbonica, rischiano di esaurirsi. Per risolvere questi problemi , da vari anni si stanno cercando delle fonti alternative, di energia. Le fonti di energia alternative ricercate sono rinnovabili quindi inesauribili, generalmente forniscono energia pulita senza inquinare l’ambiente.

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Le FONTI di ENERGIA si possono classificare in:

NON RINNOVABILI: petrolio carbone energia nucleare gas naturali Scuola primaria

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RINNOVABILI: energia solare energia idroelettrica energia geotermica energia eolica energia dalle biomasse 12


IL PETROLIO Il petrolio e’ un liquido nero denso e oleoso, formato da una mescolanza di idrocarburi, cioè da sostanze composte soprattutto da carbonio e idrogeno. Centinaia di milioni di anni fa Sul fondo di antichi mari Deposito di grandi ammassi di organismi marini animali e vegetali Coperti da successivi depositi di materiali impermeabili. Assenza di ossigeno Decomposizione degli organismi marini Trasformazione in petrolio

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L'uomo per raggiungere il giacimento di petrolio, deve scavare un pozzo, cioè deve forare il terreno con una trivella. Quando si raggiunge il giacimento, il petrolio grezzo sale in superficie e viene trasportato nelle raffinerie per essere lavorato. Dal petrolio proviene la maggior parte dell’ energia che utilizziamo e da esso si ottengono molti prodotti, come i combustibili (benzina e gasolio) e moltissime delle materie che usiamo tutti i giorni (plastica, fertilizzanti, vernici, insetticidi, gomma sintetica...).

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IL CARBONE Il carbone deriva dalla trasformazione che il legno delle piante ha subito nel corso di milioni di anni. Il carbon fossile e’ di colore nero e brucia producendo molto calore. Milioni di anni fa, certe zone della Terra erano ricoperte da estese foreste. Successivamente le foreste furono sepolte da strati di fango e sabbia, in assenza di ossigeno, il legno delle piante si trasforma lentamente in carbon fossile.

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Il carbone si estrae dalle miniere. Solitamente il carbone e’ disposto a strati e i minatori devono scendere lungo il pozzo con ascensori per raggiungere le gallerie che si allungano fino ai filoni del carbone. Qui i minatori scavano il carbone e lo caricano sui carrelli che lo convogliano fino al nastro trasportatore che lo porta in superficie dove viene caricato sui vagoni dei treni. CosÏ il carbone può raggiungere le fabbriche e i luoghi dove viene utilizzato.

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L’ENERGIA NUCLEARE L'energia nucleare (o atomica) usa alcune proprietà del nucleo degli atomi che in alcuni elementi chimici (come l’uranio) può essere instabile. L'instabilità porta l'atomo a rompersi, sviluppando grandi quantità di energia. Fissione nucleare L'uranio viene bombardato con un’altra particella (neutrone). Il nucleo dell'atomo di uranio di spezza Altri neutroni si liberano e colpiscono a loro volta altri atomi di uranio

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Reazione a catena che produce un'enorme quantità di energia.

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I vantaggi offerti dall'energia nucleare sono molti, almeno per i Paesi che dispongono della tecnologia avanzata per realizzare le centrali; tuttavia la produzione di energia presenta degli inconvenienti gravissimi e di difficile soluzione in caso di guasti e incidenti alle centrali nucleari. Un altro grave problema delle centrali nucleari e’ costituito dallo smaltimento dei rifiuti radioattivi, le scorie, generati dal processo di fissione.

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L’ENERGIA del SOLE L’energia solare è pura, abbondante e può essere trasformata in altre fonti di energia: per sfruttare la radiazione solare si ricorre a impianti a pannelli solari. L'energia ottenuta può essere usata come calore per riscaldare un gas o un fluido, o essere convertita in elettricità sfruttando l'effetto fotovoltaico e le proprietà fisiche di particolari materiali .

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Le centrali solari si distinguono in centrali solari a torre e centrali solari a celle fotovoltaiche. Le prime sono formate da un campo di specchi che riflettono i raggi solari su una torre dov’è collocata una caldaia, in modo che riscaldino l’acqua in essa contenuta trasformandola in vapore che viene avviato al gruppo turboalternatore. Le altre sono costituite da pannelli i cui materiali trasformano direttamente le radiazioni luminose in energia elettrica. Scuola primaria

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L’ENERGIA del VENTO L'energia del vento detta anche eolica (da Eolo, il dio dei venti) sfrutta l'energia posseduta dalle masse d'aria in movimento. Ha il vantaggio di essere pulita ed economica, ma anche lo svantaggio di non essere sempre disponibile. Già nel VII secolo i Persiani utilizzavano dei rudimentali mulini a vento che servivano a irrigare i campi e a macinare il grano. I mulini a vento si sono diffusi in Europa durante il XIV secolo, innanzitutto nei Paesi Bassi.

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Le turbine eoliche iniziarono a essere utilizzate per la produzione di elettricità verso la fine del XIX secolo, in Danimarca, dove sono diffuse ancora oggi: qui non c'è più una macina da mettere in funzione, ma un generatore di corrente. Le centrali eoliche sfruttano la forza del vento, la stessa usata fin dall’antichità per gonfiare le vele delle imbarcazioni o muovere le pale dei mulini. Sono costituite da aerogeneratori le cui pale sono messe in rotazione dall’energia del vento che viene trasformata direttamente in energia elettrica.

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L’ENERGIA dell’ACQUA Anche l'acqua costituisce una fonte di energia pulita gratuita e inesauribile: è una risorsa naturale, disponibile ovunque esista un considerevole flusso costante d'acqua. L'uso dell'energia idraulica risale all'antichità: già i Greci e i Romani usavano ruote idrauliche per macinare il grano. Nell’ 800 nacque la turbina idraulica che produceva energia elettrica ricavata dall’acqua.

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Le centrali idroelettriche (la prima fu costruita nel 1880) sono costituite da un bacino idrico (solitamente chiuso da una diga) la cui massa d’acqua viene costretta a compiere un salto fino a valle all’interno di grosse tubature. L’acqua fa ruotare le pale di una turbina trasformando l’energia meccanica in energia elettrica da un alternatore collegato alla turbina. L’acqua viene poi restituita al suo corso. L’energia elettrica si ricava anche dall’acqua del mare sfruttando onde, correnti e maree.

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L’ENERGIA della TERRA L'energia geotermica sfrutta il calore interno della Terra, la cui temperatura aumenta con la profondità. Questo calore interno scalda le acque sotterranee, che poi risalgono in superficie come vapore surriscaldato e sotto pressione, fuoriuscendo spontaneamente nei geyser.

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Le centrali geotermiche usano il vapore naturale che fuoriesce dal sottosuolo a pressione e temperature molto elevate. Il vapore mette in moto le pale di una turbina, trasformando l’energia termica in energia meccanica. Quindi un alternatore, collegato alla turbina, genera energia elettrica. L’Italia è stato il primo paese a sfruttare l’energia geotermica , con il primo impianto realizzato nel 1913 a Lardarello. Attualmente sono attive centrali geotermiche in Toscana che forniscono l’ 1,5% della produzione totale dell’ energia elettrica nazionale. A partire dagli anni ’20, l’attività geotermica si diffuse in Giappone, Islanda, Ungheria e poi, dagli anni ’50, in tutto il mondo.

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LE BIOMASSE Le biomasse sono tutti i prodotti e i resti delle coltivazioni agricole e forestali (frasche, paglie, ramaglie), gli scarti dell'industria alimentare e tutti i prodotti organici derivanti dall'attività biologica animale (letame e liquami): in essa è accumulata l’energia del sole.

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E' possibile produrre energia attraverso la biomassa in due modi principali: 1) La biomassa si può bruciare per ottenere energia elettrica o può essere trasformata in carburanti e biocombustibili. 2) Attraverso la produzione dei gas che si sprigionano dal letame o dai rifiuti agricoli in assenza di aria e sotto l’effetto di particolari microrganismi. Le aziende agricole, grazie ad una piccola centrale, possono rendersi autosufficienti, non usare prodotti inquinanti e riciclare i loro sottoprodotti. Il difetto di queste centrali, chiamate a biomassa, e’ il costo elevato di realizzazione e la scarsa potenza.

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CONCLUSIONI L’uso delle energie alternative potrà dare un valido aiuto allo sviluppo ecosostenibile del pianeta. È vero che anch’esse presentano degli svantaggi, ma hanno anche il pregio di fornire elettricità senza inquinare, senza esaurire le scorte non rinnovabili del pianeta e senza comportare costi eccessivi. Nel nostro piccolo, anche noi possiamo contribuire allo sviluppo sostenibile, cercando di attuare con qualche semplice accorgimento il risparmio dell’energia elettrica e dell’acqua che consumiamo e rispettando di più la natura, attraverso l’uso di materiali riciclati, la raccolta differenziata dei rifiuti e l’attenzione a non sporcare ed inquinare l’ambiente che ci ospita.

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