Fonti e forme di energia

Da dove l'uomo ricava l'energia di cui ha bisogno? 

Fonti di energia
Elementi naturali dai quali è possibile ricavare energia. Sorgenti di energia presenti in natura e disponibili per l'uomo.

Si dicono primarie in quanto sono disponibili in natura. Le fonti secondarie invece sono ricavabili dalla trasformazione delle fonti primarie. Ad esempio l'idrogeno non è una fonte primaria, perché non disponibile in natura allo stato puro ma deve essere ricavato dall'acqua o dagli idrocarburi spendendo dell'energia. Anche la benzina non è una fonte primaria, in quanto si ricava dalla lavorazione del petrolio greggio. 


Elenco delle fonti primarie di energia:

Fonti nonva rinnobili in grigio
Fonti rinnovabili in verde
  1. Combustibili fossili (carbone, petrolio, gas)
  2. Uranio
  3. Sole
  4. Acqua (fiumi, onde, maree)
  5. Vento
  6. Biomassa
  7. Geotermia
  8. Forza animale











Produzione di energia elettrica il 30 aprile 2017
record di rinnovabili
fonte





Forme di energia

Le forme di energia rappresentano lo stato in cui si presenta l'energia. Ogni fonte di energia può rendere disponibile all'uomo dell'energia in una o più forme. In ogni caso si può passare da una forma di energia all'altra attraverso delle trasformazioni energetiche.
Le forme di energia che usiamo tutti i giorni sono: calore, movimento e l'elettricità.


 Elenco delle forme di energia:

  1. Chimica (C): legata a reazioni chimiche (es. combustione)
  2. Nucleare (N): legata a reazioni nucleari (fissione o fusione)
  3. Elettrica (E): legata al movimento di cariche elettriche
  4. Termica, calore (T): legata alle temperatura di un corpo
  5. Cinetica, movimento (M): legata al movimento di un corpo
  6. Potenziale (P): legata alla forza di gravità che agisce su un corpo
  7. Radiante (R): legata alle onde elettromagnetiche (es. raggi sole)
  8. Elastica (EL): legata alla deformazione elastica di un corpo (es. molla)
La somma di energia potenziale ed energia cinetica prende il nome di energia meccanica

Adesso compila la seguente scheda, inserendo le lettere nei cerchi, indicando le forme di energia coinvolte nelle varie trasformazioni.Scarica scheda trasformazioni di energia.


Video riassuntivo su fonti e forme di energia


La combustione 

La combustione è una reazione chimica con sviluppo di calore (esotermica) tra un combustibile e un comburente (l'ossigeno dell'aria). Combustibile e comburente sono i reagenti. Tra i prodotti della combustione, invece, vedremo che oltre al calore e alla luce ci sono delle emissioni gassose, alcune delle quali altamente inquinanti.

Ad esempio, questa è la reazione di combustione del metano, il più leggero degli idrocarburi. 

CH4 + O2 →CO2 + H2O

Per bilanciare la reazione occorre inserire dei coefficienti che indicano il numero di molecole che reagiscono, in modo che gli atomi dei reagenti (a destra della freccia) e gli atomi dei prodotti (a sinistra della freccia) siano in ugual numero, e quindi il principio di conservazione della massa sia rispettato. 
La reazione diventa pertanto:

CH4 + 2O2 →CO2 + 2H2O

La reazione si legge quindi come segue: "una molecola di metano reagisce con due molecole di ossigeno, trasformandosi nella combustione in una molecola di anidride carbonica e due molecole di acqua sottoforma di vapore".
Oltre a sviluppare calore la combustione produce delle sostanze di scarto: i fumi e le ceneri che possono essere anche molto inquinanti. Ricordiamoci che la combustione utilizza solitamente l'ossigeno presente naturalmente nell'aria atmosferica, composta da circo 20% di ossigeno O2, 79% di azoto N2, e 1% di altri gas. 
I principali inquinanti prodotti dalla combustione sono:
  • CO Monossido di carbonio, prodotto dalla combustione non perfetta di combustibili contenenti carbonio.
  • NO Monossido di azoto, dato dall'ossidazione dell'azoto naturalmente presente in atmosfera.
  • NO2 Biossido di azoto, dato dall'ossidazione dell'azoto naturalmente presente in atmosfera.
  • O3 Ozono, prodotto secondario degli altri inquinanti.
  • PM10, PM4, PM2,5 particolato atmosferico, o polveri sottili.
Adesso prova a pensare a cosa succede se si brucia dell'idrogeno. Nota bene: l'idrogeno non è una fonte primaria di energia, dato che non è disponibile in natura allo stato libero, ma solo legato ad altri elementi. 

Cosa succede se si brucia idrogeno?
Prova a scrivere il prodotto della combustione dell'idrogeno e a bilanciare la reazione.

H2 + O2 →?


Pensa adesso per cosa può essere usata la combustione. Dove troviamo la combustione? Quali macchine, apparecchi, sistemi tecnologici utilizzano la combustione per funzionare? E quali sono i combustibili che tali tecnologie usano? 
Riempi la tabella sottostante con quello che già conosci e poi confrontala con i compagni, individuando più esempi possibili. 


Dove si trova la combustione

Quale combustibile o quali combustibili sono impiegati

 

 

 

 

 

 

 

 


Video sulla combustione in inglese 
Un breve video riepilogativo in lingua inglese. Guarda il video e trascrivi sul quaderno tutti i termini tecnici che riesci ad individuare segnandoti anche la traduzione in italiano.


 

 
Utilizzo delle fonti di energia

Usando la seguente scheda analizza nel dettaglio ogni singola fonte di energia. Disegna anche un semplice schema di funzionamento prendendo spunto dal libro. 

1) Combustibili fossili
I combustibili fossili sono impiegati per generare energia termica (T) (calore), ad esempio le stufe e le caldaie che riscaldano le nostre case, ma anche per generare energia cinetica (M) (movimento), ad esempio tutti i mezzi di trasporto con motore a carburante, oppure anche per generare energia elettrica (E) (corrente elettrica), quella che tutti i giorni usiamo a casa, nelle centrali termoelettriche. 

Le trasformazioni di energia nell'uso dei combustibili fossili per ottenere calore (T), movimento (M) e elettricità (E) possono essere schematizzate come segue:  


Schema di funzionamento di una centrale termoelettrica 

C: energia chimica , T: energia termica , M: energia cinetica , E: energia elettrica

2) Uranio: le centrali nucleari 
L'Uranio è utilizzato principalmente nelle centrali nucleari per generare energia elettrica. 
In alcune applicazioni può essere utilizzato per generare energia cinetica (movimento), cioè per la propulsione nucleare, ad esempio di alcune navi o sottomarini. 

3) Sole
Il sole può essere sfruttato in tre differenti modi: 1- per generare energia elettrica tramite pannelli fotovoltaici, 2- per generare energia termica (calore) tramite pannelli solari termici, 3- per generare energia elettrica tramite centrali solari termodinamiche. 

3.1 Pannelli solari fotovoltaici


3.2 Pannelli solari termici


3.3 Centrale solare termodinamica


4) Acqua: la centrale idroelettrica 
L'acqua può essere sfruttata in differenti modi per generare energia elettrica. 
Quando si utilizza l'acqua dei fiumi si parla di centrali idroelettriche, queste sono le più importanti centrali che usano acqua. 
Quando si utilizza l'acqua del mare si possono sfruttare le onde o le maree, ma queste tecnologie non sono molto impiegate perché non convenienti, producono poca energia e sono molto costose.

5) Vento: l'aerogeneratore (o turbina eolica)
Il vento in genere è sempre impiegato per generare energia elettrica. 

6) Biomassa: la centrale a biomassa
La biomassa, ad esempio la legna e tutti gli scarti agricoli, possono essere usati come combustibili per generare energia termica (calore), ad esempio le stufe o le caldaie a legna o a pellet, oppure possono essere impiegate per generare energia elettrica nelle centrali a biomassa. 

7) Geotermia: la centrale geotermica
L'energia geotermica, cioè il calore che proviene naturalmente dal sottosuolo, può essere impiegata direttamente per riscaldare degli edifici portando l'acqua calda con lunghe tubazioni alle abitazioni (questo si chiama teleriscaldamento, cioè riscaldamento "da lontano"). Altrimenti se l'energia geotermica è sufficiente, come a Larderello in Toscana, può essere impiegata per generare energia elettrica.