L'energia è la grandezza fisica che misura la capacità di un sistema di compiere un lavoro o di produrre un cambiamento. Esiste in molte forme, si trasforma continuamente da una all'altra e, nell'insieme dell'universo, si conserva sempre.
Quando parliamo di energia ci riferiamo a una proprietà che appartiene a ogni oggetto, anche a quelli che sembrano immobili come un sasso fermo in cima a una collina. L'energia non si vede e non si tocca, ma si manifesta attraverso i suoi effetti, ad esempio facendo muovere un'automobile, riscaldando una stanza o illuminando una lampadina. Nel Sistema Internazionale l'unità di misura dell'energia è il joule, indicato con la lettera J, che corrisponde al lavoro compiuto da una forza di un newton lungo uno spostamento di un metro. Per quantità maggiori si usano multipli come il chilojoule (kJ) o il megajoule (MJ), mentre nei contatori elettrici delle case si trova spesso il chilowattora (kWh).
Le forme dell'energia
L'energia si presenta sotto forme molto diverse, ognuna legata a una particolare situazione fisica o chimica. L'energia cinetica è quella posseduta da un corpo in movimento e dipende dalla sua massa e dal quadrato della sua velocità, secondo la formula Ec = ½ m v². L'energia potenziale gravitazionale, invece, è quella che un corpo possiede in virtù della sua posizione rispetto al suolo, e si calcola come Ep = m g h, dove g è l'accelerazione di gravità. Esistono poi altre forme fondamentali come l'energia termica, legata all'agitazione delle particelle, l'energia chimica, contenuta nei legami delle molecole, l'energia elettrica, dovuta al movimento delle cariche, l'energia luminosa, l'energia nucleare e l'energia elastica delle molle compresse o tese. Pensiamo a un arco teso da un arciere: nelle sue corde è immagazzinata energia elastica, pronta a trasformarsi in energia cinetica della freccia non appena viene rilasciata.
Trasformazioni e conservazione
Il fatto più importante riguardo all'energia è che essa non si crea e non si distrugge, ma si trasforma continuamente da una forma all'altra: questo è il principio di conservazione dell'energia. In una centrale idroelettrica, ad esempio, l'energia potenziale dell'acqua di un bacino diventa cinetica scendendo lungo le condotte, poi meccanica facendo ruotare le turbine, infine elettrica grazie agli alternatori, prima di raggiungere le nostre case. In ogni trasformazione, però, una parte di energia viene dispersa nell'ambiente sotto forma di calore a causa degli attriti e delle resistenze: parliamo allora di energia degradata, perché diventa più difficile riutilizzarla. Il rendimento di una macchina misura proprio quanta energia in ingresso viene effettivamente convertita nella forma utile desiderata, ed è sempre minore del cento per cento. Per questo motivo si distinguono le fonti energetiche rinnovabili, come sole, vento, acqua e biomasse, che si ricostituiscono naturalmente in tempi brevi, da quelle non rinnovabili come petrolio, carbone, gas naturale e uranio, le cui riserve sono limitate e il cui uso provoca spesso inquinamento e cambiamenti climatici.
Ricorda
- L'energia è la capacità di compiere lavoro e si misura in joule (J); esistono molte forme di energia (cinetica, potenziale, termica, chimica, elettrica, ecc.).
- L'energia non si crea né si distrugge, ma si trasforma da una forma all'altra; in ogni trasformazione una parte si degrada in calore disperso.
- Le fonti rinnovabili si rigenerano in tempi brevi, mentre quelle non rinnovabili si esauriscono e inquinano maggiormente.
- Esercizio sul quaderno: osserva la tua cameretta e individua almeno quattro oggetti diversi; per ciascuno scrivi quale forma di energia utilizza per funzionare e in quali altre forme questa energia si trasforma durante l'uso.