Energia

Con il termine energia si definisce la capacità di un corpo materiale o un sistema di corpi, di compiere lavoro a seguito di una variazione di qualche tipo (di temperatura, composizione chimica, velocità, posizione); oppure o di sviluppare calore. L’energia è una grandezza fisica la cui unità di misura nel Sistema Internazionale (SI) è il joule (indicata con il simbolo: J).

Legge di conservazione dell’energia

La legge (o principio) di conservazione dell’energia afferma che:

durante una trasformazione l’energia coinvolta permane costante nel tempo (ovvero si conserva anche se cambia forma).

Tale principio nel caso di forze conservative è dato dalla somma dell’energia cinetica e di quella potenziale. Mentre, nel caso in cui la trasformazione avvenga con il contributo di forze non conservative (forze dissipative) tale principio si può estendere tenendo conto dell’energia termica (calore) liberata dai fenomeni di attrito.

Fonti di energia

Indipendentemente dalla loro origine, le fonti di energia si distinguono in fonti primarie (che a loro volta si suddividono in fonti primarie rinnovabili e fonti primarie non rinnovabili) e fonti secondarie.

Fonti energetiche primarie

Una fonte di energia primaria è una fonte energetica presente in natura e quindi non deriva dalla trasformazione di nessun’altra forma di energia. Rientrano in questa classificazione sia le fonti non esauribili, dette anche rinnovabili, che le fonti esauribili, dette anche non rinnovabili.

Per distinguere e definire una fonte energetica “primaria” quest’ultima deve essere direttamente e “facilmente” utilizzabile (senza che debba essere trasformata preventivamente); inoltre, deve rispondere ai seguenti requisiti di: “concentrabilità”, “indirizzabilità”, “continuità” e “regolabilità”.

Fonti non esauribili o rinnovabili di energia

Fonti non esauribili o rinnovabili di energia

Rientrano nella classificazione di fonti di energia rinnovabile quelle fonti energetiche – o risorse naturali – ricavate da risorse che vengono reintegrate naturalmente nel tempo, sia per effetto dell’azione dell’uomo che per effetto di processi naturali; come ad esempio la luce solare, il vento, la pioggia, fiumi e bacini idrici, le maree, le onde ed il calore geotermico.

Possono essere considerate inesauribili, ovvero possono risultare disponibili per l’utilizzo da parte dell’uomo pressoché indefinitamente. Si dicono anche “sostenibili” se il tasso di rinnovamento è maggiore o uguale al tasso di consumo/utilizzo. Anche se l’utilizzo estremo o superiore alle capacità di rinnovamento non ne pregiudica la disponibilità nel futuro (perché si ha la possibilità di riprenderne la produzione) le fonti rinnovabili sono preziose per ottenere energia riducendo al minimo l’impatto ambientale.

Le fonti di energia rinnovabile forniscono energia principalmente in quattro aree importanti: produzione di energia elettrica, riscaldamento/raffreddamento ad aria e acqua, trasporti e servizi energetici; che a loro volta possono essere distinte in:

  • fonti rinnovabili classiche, ovvero le biomasse, idroelettrica e geotermica;
  • fonti rinnovabili non convenzionali, ovvero l’eolico e il solare.

Per quanto attiene alle fonti rinnovabili “coltivabili” (foreste, pascoli e generalmente suoli agricoli), il mantenimento delle caratteristiche di rinnovabilità può dipendere anche dalle tecniche di coltivazione e dal tasso di sfruttamento del suolo.

Una fonte rinnovabile si dice anche “sostenibile”, se il tasso di rigenerazione della medesima è uguale o superiore a quello di utilizzo. Tale concetto implica la necessità di un uso razionale delle risorse rinnovabili ed è particolarmente importante per quelle risorse – quali, ad esempio, le forestali – per le quali la disponibilità non è indefinita, rispetto ai tempi d’evoluzione della civiltà umana sulla Terra, quali invece, ad esempio, le fonti solari o eoliche.

Fonti esauribili o non rinnovabili di energia

Fonti esauribili o non rinnovabili di energia

Le fonti energetiche non rinnovabili (o esauribili) sono fonti di energia che, rispetto a quelle rinnovabili, si generano molto più lentamente ed una volta utilizzate non sono più disponibili nuovamente nel breve periodo. Per definizione stessa di energia non rinnovabile, essa è associata a delle riserve finite, non inesauribili (come ad esempio i giacimenti di combustibile fossile). Sono dunque fonti di energia non rinnovabile:

  • i combustibili fossili:
  • elementi usati per la produzione di energia nucleare, quali l’uranio ed il plutonio.

Inoltre, l’impatto ambientale (inquinamento atmosferico, marino, idrico, del suolo o del sottosuolo) associato al loro sfruttamento risulta essere maggiore rispetto allo sfruttamento di fonti di energia rinnovabili (ad esempio: produzione di gas serra o scorie radioattive).

Le fonti di energia non rinnovabili sono spesso quelle più sfruttate dall’umanità sia perché in grado di produrre le maggiori quantità di energia con impianti tecnologicamente semplici e collaudati, sia perché la disponibilità di queste fonti è attualmente ancora abbastanza elevata e di conseguenza il costo è relativamente basso.

Fonti energetiche secondarie

Una fonte di energia secondaria è una fonte energetica che può essere prodotta a partire da una fonte primaria, per mezzo di una conversione o trasformazione (tali operazioni però determinano una perdita di efficienza energetica della fonte iniziale).

Esempi di fonti di energia secondaria sono i carburanti per i mezzi di trasporto, l’idrogeno, l’energia elettrica che può essere prodotta sfruttando energie non rinnovabili come quelle contenute nei combustibili fossili (petrolio, carbone e gas naturale).

Tipologie e forme di energia

In natura esistono diverse tipologie di energia e tutte le forme di energia, nella loro diversità, hanno una caratteristica comune: sono sempre espressione di un sistema capace di esercitare una forza, che può agire contro un’altra forza. Possiamo individuare alcune forme di energia, quasi tutte riscontrabili nella nostra esperienza quotidiana:

Energia chimica

L’energia chimica è una forma di energia che si manifesta nella formazione o rottura di legami chimici, di qualsiasi tipo, negli elementi chimici coinvolti in reazioni chimiche. Dato che la forza dei legami chimici è associata alla distanza tra le specie chimiche, l’energia chimica dipende dalla posizione reciproca delle particelle che costituiscono una sostanza. La distanza è proporzionale alla forza del legame chimico, più il legame è forte più vicine tra loro saranno le specie chimiche coinvolte nel legame.

L’energia chimica è quindi l’energia immagazzinata nei legami chimici ed è sostanzialmente riconducibile alla somma tra l’energia potenziale delle interazioni elettrostatiche delle cariche presenti nella materia ponderabile, e l’energia cinetica degli elettroni. Se si considera come “livello zero” di energia chimica quello in cui non sussistono legami chimici, l’energia chimica risulta negativa.

Energia interna

Le particelle elementari che costituiscono qualunque elemento di materia possiedono energia sottovarie forme: ci sono forme che si manifestano a livello macroscopico, come l’energia cinetica o quella potenziale associate al movimento o alla presenza di un campo gravitazionale, e forme che invece non sono normalmente manifeste perché possedute dalle particelle a livello microscopico. Continua a leggere l’approfondimento sull’energia interna »

Energia di legame

L’energia di legame, in termini generici, è l’energia necessaria per tenere aggregate le parti di un sistema composto.

In Chimica rappresenta la misura della forza di legame in un legame chimico.

In Fisica, più nello specifico in Astrofisica, l’energia di legame di un corpo celeste è l’energia necessaria a tenerne aggregate le varie parti. Tale energia è data dall’interazione gravitazionale e prende il nome di energia di legame gravitazionale.

Energia elettrica

L’energia elettrica è l’energia associata al fenomeno dell’elettricità, in particolare è possibile distinguere sia l’energia elettrica di tipo elettrostatico, associata a una distribuzione fissa di cariche, sia, più comunemente, l’energia di una corrente elettrica (cariche in movimento).

L’energia elettrica deriva da processi di trasformazione di altri tipi di energia (chimica, meccanica, irraggiamento solare, termica, idraulica, eolica, ecc.) che avvengono all’interno di generatori di corrente (centrali per la produzione di energia elettrica di vario tipo o accumulatori come: pile chimiche, dinamo e alternatori, pile fotoelettriche, termopile, ecc.).

Energia elettromagnetica

L’energia elettromagnetica è l’energia di un campo elettromagnetico; rappresenta l’energia immagazzinata in una specifica regione di spazio dal campo elettromagnetico, ed è costituita dalla somma delle energie associate al campo elettrico ed al campo magnetico.

Energia magnetica

L’energia magnetica è l’energia associata al campo magnetico. È una costante fisica. Poiché un campo magnetico è generato da correnti elettriche, l’energia magnetica è una forma energetica di portatori di carica in movimento (elettroni). Insieme all’energia potenziale elettrica, essa costituisce l’energia del campo elettromagnetico.

In elettrostatica, il lavoro richiesto per assemblare un gruppo di cariche, viene immagazzinato sotto forma di energia elettrica. Analogamente in magnetostatica, il lavoro necessario per inviare correnti nelle spire conduttrici, viene immagazzinato sotto forma di energia magnetica.

Energia libera

In Termodinamica, l’energia libera di un sistema rappresenta la quantità di lavoro macroscopico che il sistema può compiere sull’ambiente. Essa è funzione della temperatura, della pressione e della concentrazione della specie chimica considerata, e sta ad indicare due funzioni di stato: l’energia libera di Helmholtz e l’energia libera di Gibbs.

Energia meccanica

L’energia meccanica di un sistema è data dalla somma di due contributi: l’energia cinetica e l’energia potenziale. Quando due sistemi si scambiano tra loro energia meccanica, tale energia in transito è definita lavoro. Pertanto l’energia meccanica può essere posseduta da un sistema e scambiata con altri sistemi, mentre il lavoro corrisponde solamente alla parte di energia meccanica che viene scambiata.

Teorema di conservazione dell’energia meccanica

Il teorema di conservazione dell’energia meccanica afferma che: per un punto materiale in moto, sottoposto alle sole forze esercitate da un campo conservativo, l’energia meccanica totale E (data dalla somma dell’energia cinetica K e dell’energia potenziale U; escludendo il contributo dell’energia interna) permane costante.

Energia termica (calore)

L’energia termica, in Termodinamica può essere definita come la somma dell’energia cinetica di tutte le particelle (atomi) di un sistema termodinamico. Da tale definizione si può dedurre, dunque, che qualunque corpo ad una temperatura superiore allo zero, possiede una certa quantità di energia termica. Tale condizione ha una grandezza estensiva ed è direttamente proporzionale alla temperatura che il corpo genera. Continua a leggere l’approfondimento sul calore »

Energia nucleare

L’energia nucleare (detta anche energia atomica) è una fonte energetica primaria derivante dall’energia dell’atomo – o meglio dall’energia sprigionata dalle interazioni atomiche – usata per scopi tecnologici per produrre energia elettrica. Esistono due tecnologie in grado di sfruttare l’energia atomica, la fissione nucleare e la fusione. Continua a leggere l’approfondimento sull’energia nucleare »

Energia oscura

I cosmologi chiamano energia oscura (in inglese, dark energy) una forma misteriosa di energia la cui esistenza viene supposta per spiegare l’attuale accelerazione nell’espansione dell’universo. Continua a leggere l’approfondimento sull’energia oscura »

Energia acustica

L’energia acustica è l’energia emessa da una sorgente acustica che si propaga nello spazio circostante (suono > onda che trasporta l’energia prodotta dalla sua sorgente). Tale energia si dimostra essere proporzionale al quadrato dell’ampiezza dell’oscillazione.

EtimologiaDal latino tardo energīa, che deriva dal greco ἐνέργεια, derivazione di ἐνεργής ossia “attivo”.
Sillabazionee | ner | gì | a
Pronuncia/IPA/ener’ʤia/
GrammaticaSostantivo femminile singolare; plurale: energie.
SinonimiForza, vitalità, vivacità, vigore, vigoria, tempra, robustezza.
ContrariDebolezza, fiacchezza.
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