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Energia

elettromagnetismo Intro - Cos’è l’energia? - Conservazione trasformazione dell'energia - Misure di energia e potenza
Qualità e rendimento energetico
- Le leggi della termodinamica - Analisi emergetica

elettromagnetismo


Conservazione e trasformazione dell’energia.

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.