Introduzione Energia

Nel linguaggio scientifico, l'energia è la grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro, a prescindere dal fatto che tale lavoro sia o possa essere effettivamente svolto. Dal punto di vista termodinamico, l’energia è tutto ciò che può essere trasformato in calore a bassa temperatura. Secondo una legge fondamentale della fisica, l’energia non si crea e non si distrugge, ma si conserva sempre, e può passare da una forma all’altra. Essa risulta fondamentale allo svolgimento di qualsivoglia attività finalizzata allo sviluppo antropico ed al mantenimento della vita sulla Terra. Fonte immagine: http://www.nonsprecare.it/

L'insieme di tutte le attività che gli uomini svolgono quotidianamente richiede un enorme dispendio energetico al punto che oggi la produzione di energia costituisce uno dei grandi problemi di carattere socio-economico e ambientale. Fino a poco tempo fa si misurava il benessere di uno Stato a partire dai suoi consumi di energia: più elettricità vi era nel paese, maggiore era la qualità della vita nello stesso.  Ma oggi sappiamo che l'energia costituisce anche un problema ambientale. Infatti, il solo settore energetico è responsabile, per oltre il 70%, degli effetti che determinano cambiamenti climatici ed inquinamento atmosferico. Con il Protocollo di Kyoto, l'Italia si è impegnata a ridurre entro il 2010 l'anidride carbonica in atmosfera del 6,5% rispetto alle emissioni del 1990. Etimologicamente, il termine energia deriva dal tardo latino energīa, a sua volta desunto dal greco ἐνέργεια (enérgeia), parola – che significa attività, vigore, forza - composta da en, particella intensiva, ed ergon, capacità di agire (o “azione efficace”, nel senso in cui la usava Aristotele). Il termine è stato introdotto proprio da Aristotele per distinguere la δύναμις (dùnamis), la possibilità, la "potenza" propria della materia informe, dalla reale capacità (ἐνέργεια) di far assumere in atto, realtà formale alle cose. Il termine "energia" fu usato per la prima volta, nella sua accezione moderna, per indicare una grandezza fisica, dall’astronomo Keplero nel suo Harmonice Mundi nel 1619; tuttavia il termine "energia" fu introdotto sistematicamente nella letteratura scientifica in termini moderni soltanto a partire dalla fine del XIX secolo. Prima di allora si alternarono, a seconda del contesto e dell'autore, anche i termini “vis viva”, "forza" o "lavoro". La parola italiana "energia" non è derivata direttamente dal latino, ma è ripresa nel XV secolo dal francese "énergie". In Francia il termine “énergie” è usato dal XV secolo nel senso di "forza in azione", con un vocabolo derivato direttamente dal latino, e mai con significato fisico. In Inghilterra nel 1599 “energy” è sinonimo di "forza o vigore di espressione". ... Thomas Young è il primo ad usare, nel 1807, il termine energy in senso moderno.

In realtà, non è facile fornire una precisa definizione di energia; l'energia non ha alcuna realtà materiale ma è piuttosto un concetto matematico astratto che esprime un vincolo rispetto ai processi possibili e una simmetria temporale delle leggi fisiche. Non esiste quindi nessuna sostanza o fluido corrispondente all'energia pura. Un corpo può incrementare o diminuire la sua energia in seguito ad una interazione con altri corpi, la variazione di energia riflette quindi i cambiamenti occorsi nelle sue proprietà microscopiche e macroscopiche. Esistono numerose possibili interazioni, e dal punto di vista qualitativo si possono distinguere la meccanica, con ad esempio urti fra corpi rigidi o forze fra particelle puntiformi, dalla termodinamica, dove si considerano ad esempio le reazioni fra gas a temperature differenti. Dal punto di vista del tipo di interazione, esistono in natura diversi tipi di forze, come quella gravitazionale, quella nucleare o quella elettrica. Tuttavia, tutti questi possibili processi lasciano invariata la quantità totale di energia, che quindi diviene la grandezza fisica costante per sistemi chiusi o isolati.

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In ambito tecnologico l'energia permette, tramite il suo sfruttamento a livello industriale, la trasformazione di materie prime in prodotti o beni finali o direttamente la fornitura di servizi utili all'uomo e alla società. La società moderna è estremamente dipendente dall'energia (in particolare, nelle sue forme di energia meccanica, elettrica, chimica e termica) in tutti i suoi processi produttivi e gestionali (per es. autotrazione, trasporto marittimo e aereo, riscaldamento, illuminazione, funzionamento apparecchiature elettriche e processi industriali). Grande interesse e preoccupazione riveste dunque il problema energetico globale riguardo l'esaurimento nel tempo delle fonti fossili, la principale fonte di energia primaria il cui utilizzo intensivo ha permesso il notevole sviluppo economico dalla prima rivoluzione industriale fino ai giorni nostri.
Esistono diverse classificazioni delle fonti energetiche.
Una prima classificazione è tra fonti di energia primarie, ovvero le fonti direttamente presenti in natura (per es. il petrolio, il carbone, il gas naturale, la legna da ardere o biomasse, i combustibili nucleari, l'energia idroelettrica, eolica, geotermica e solare, in ordine di importanza di sfruttamento attuale) e fonti di energia secondarie, che sono fonti di energia non direttamente presenti in natura, bensì fonti energetiche derivate dalle fonti primarie (per es. l'energia elettrica o l'idrogeno). Le fonti secondarie sono un prodotto di trasformazione delle primarie, non possono cioè essere considerate una risorsa naturale.
Una seconda classificazione delle fonti energetiche vede le stesse distinguersi per la loro esauribilità. Ne esistono 2 tipi: fonti energetiche esauribili o non rinnovabili - cioè quelle fonti che derivano da risorse che tendono a esaurirsi sulla scala dei tempi umani, diventando troppo costose o troppo inquinanti per l'ambiente: trattasi dei combustibili fossili (petrolio, carbone, gas naturale) e nucleari - e fonti energetiche non esauribili o rinnovabili, cioè fonti che non si esauriscono o si esauriscono in tempi che vanno oltre la scala dei tempi "umani". Esse, a differenza delle fonti energetiche non rinnovabili, vengono reintegrate naturalmente in un arco di tempo relativamente breve. Sono, essenzialmente le biomasse (ossia legna da ardere), l'energia idroelettrica, eolica, geotermica, solare, mareomotrice, e la fusione nucleare.

Le energie rinnovabili a loro volta possono essere distinte in: fonti rinnovabili classiche, ovvero le biomasse, energia idroelettrica e geotermica - già da diverso tempo sotto sfruttamento - e fonti non convenzionali, ovvero l'eolico e il solare, sulle quali si concentrano i maggiori e più recenti sforzi di sviluppo.

Entrando nello specifico, tra le fonti energetiche non rinnovabili possiamo citare: i combustibili fossili - carbone, petrolio, gas naturale - e i minerali usati per la produzione di energia nucleare, quali l'uranio e il plutonio.

Tra le fonti energetiche rinnovabili, si annoverano: energia solare, solare termico e termodinamico, energia eolica, idroelettrica, geotermica, energia da biomasse ( o agroenergie), biocarburanti, gassificazione, biogas, oli vegetali, olio di alghe, cippato, energia marina, energia delle correnti marine, energia a gradiente salino (osmotica), energia mareomotrice (o delle maree), energia del moto ondoso), energia talassotermica (OTEC), energia o cogenerazione da acqua di falda, energia aerotermica, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione.

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Con il termine "energie alternative" si intendono le fonti di energia che possono essere impiegate in sostituzione dell'energia chimica prodotta dai classici combustibili o fonti fossili.
Per ognuna delle fonti energetiche è importante considerare 3 aspetti fondamentali: la disponibilità, i costi, la protezione dell'ambiente. Tali aspetti guidano, dal punto di vista politico, la scelta di una strategia di approvvigionamento energetico.
L'energia esiste quindi in molteplici forme. Le principali forme di energia sono: energia meccanica - definita classicamente come somma di energia potenziale e cinetica - chimica, elettromagnetica, termica, nucleare, elettrica e biochimica.

Altre forme di energia possono essere ricondotte a quelle menzionate; per es. l'energia elastica è l'energia potenziale posseduta da un materiale elastico sottoposto a deformazione; l'energia luminosa o radiante è l'energia trasportata dei fotoni che compongono la luce, quindi è una particolare forma di energia elettromagnetica, ecc.

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