| L’energia
si conserva, non si consuma (prima
legge della termodinamica).
A
compimento di un lavoro l’energia non è
esaurita, si è trasformata
e può essere utilizzata per un altro
tipo di lavoro.
| Immaginiamo
un piccolo sistema formato da una casa
e dal suo giardino ed immaginiamo uno
dei possibili percorsi dell’energia.
L’energia radiante proveniente
dal sole viene utilizzata per svolgere
un lavoro: tramite la fotosintesi clorofilliana
produce molecole di carbonio e idrogeno
che formano le parti di una pianta;
l’energia solare si trasforma quindi
nell’energia chimica che tiene legati
gli atomi.
I nuovi atomi e l’energia chimica che
contengono, vengono utilizzati per la
crescita della pianta. Quando l’albero
avrà raggiunto dimensioni sufficientemente
grandi potrà essere tagliato
per produrre legna da ardere. L’energia
chimica degli atomi del legno sarà
quindi trasformata in energia termica
e svolgerà un nuovo lavoro: il
passaggio di calore dal fuoco alle stanze
della casa.
Lungo tutto il percorso, dal sole alla
stanza nel nostro esempio, la quantità
di energia totale si è conservata,
ma le trasformazioni subite sono tali
da portare l’energia solare iniziale
a forme sempre meno sfruttabili di energia.
Alla fine del processo, il calore della
stanza rappresenta una forma di energia
così diffusa e poco concentrata
da non poter più essere utilizzata
per compiere un lavoro.
La quantità di energia complessiva
del sistema è sempre la stessa,
ma è variata la sua qualità:
alla fine del compimento di un lavoro
l’energia disponibile per svolgere un
ulteriore lavoro è diminuita! |
Ad ogni trasformazione dell’energia
da una forma ad un’altra, pur rimanendo la
quantità totale sempre costante, un
po’ dell’energia viene trasformata in calore
che si disperde nell’ambiente, quindi, non
è più utilizzabile per svolgere
un lavoro.
Questo concetto esprime la
seconda
legge della termodinamica o legge
dell’entropia.
| Ora
che abbiamo compreso le caratteristiche
dell'energia, vediamo un nuovo esempio,
relativo alle trasformazioni energetiche
in un automobile in movimento, per comprendere
il concetto di efficienza energetica.
Quando un auto viaggia sull’asfalto
il suo lavoro è possibile grazie
all'energia
chimica degli atomi di carburante
che bruciando all’interno del motore
producono energia
termica che a sua volta viene trasferita
in forma di energia
cinetica ai pistoni del motore,
alla trasmissione e, infine, alle ruote.
L’energia cinetica svolge il lavoro
di far muovere l’auto. L’auto in moto
incontra una resistenza dovuta allo
sfregamento contro l’aria e sull’asfalto,
l’attrito.
L’attrito è anche prodotto dalla
frizione tra le parti del motore. Tutti
i fenomeni di attrito provocano il riscaldamento
delle parti che lo subiscono (le gomme,
le parti del motore, l’asfalto, ecc.).
Quindi l’energia chimica iniziale contenuta
nel carburante si trasforma in parte
in energia cinetica - energia di alta
qualità perché ci permette
di compiere lo spostamento dell’auto
- in parte in energia termica - energia
di minor qualità perché
dispersa nell’ambiente sotto forma di
calore generato dall’attrito - indisponibile
per svolgere un ulteriore lavoro. |
Ai concetti di quantità e qualità
di energia dobbiamo quindi affiancare quello
di efficienza
energetica, legato alla percentuale di
energia iniziale che, a seguito di una trasformazione,
può ancora essere utilizzata per svolgere
un lavoro.
Un modo può essere quello di misurare
il lavoro che è possibile fare con
la stessa quantità di tipi diversi
di energia. Un metodo per misurare l’efficienza
energetica e la qualità dell’energia
immagazzinata in un sistema complesso, può
essere quello di farne una analisi
emergetica. Questa analisi valuta l’energia
contenuta in un sistema trasformandone tutti
i tipi di energia e materiali in energia
solare.
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