ENERGIA

In fisica, l'energia è la capacità di compiere lavoro: per compiere un lavoro si ha bisogno d’energia.

 

La parola "energia" deriva dal greco "energeia", una parola che appare per la prima volta negli scritti di Aristotele (384-322 a.C.) dove indica lo spirito divino o la forza che trasforma l'ipotetico in realtà.

 

Il concetto moderno di energia, formatosi nell'Ottocento, è invece di natura materialistica che si è sviluppato insieme alla costruzione e all'uso delle macchine a vapore. Già nel 1802, l'inglese Thomas Young aveva proposto  di chiamare "energy" la capacità delle macchine di compiere un lavoro. Poi, nel 1829, il francese Jean. V. Poncelet ha proposto di chiamare "energia" la capacità di compiere lavoro meccanico di qualsiasi genere. In seguito si è scoperto che anche il calore è una forma di energia e così è stato abbandonato il precedente concetto del "calorico", un fluido a cui si attribuiva la capacità di bruciare.

L'energia non può essere creata né distrutta, ma solo trasformata da una forma in un'altra, quindi si conserva.

Oggi distinguiamo tra energia meccanica, termica, elettrica, magnetica, chimica, nucleare, radiazione, ecc. Alcune di queste forme possono essere trasformate in un'altra. Per esempio: l'energia meccanica può essere totalmente trasformata in energia termica (calore), ma non il calore in energia meccanica.

Un'altra distinzione è quella che si fa tra energia utile, primaria e finale.

 

Energia utile è detta quella che è tecnicamente sfruttabile. Per ottenere energia utile bisogna normalmente trasformare altre forme energetiche, per esempio energia chimica in calore. Questo avviene, quando bruciamo legna nel caminetto per riscaldare la casa. In questo caso trasformiamo biomassa (legna = energia chimica = energia primaria) in calore che costituisce anche energia finale, perché non viene ulteriormente trasformata.

 

Energia primaria è quindi quella che sta a monte della trasformazione; esempi sono: l'energia solare, il petrolio, il gas naturale, il carbone, ecc. L’energia primaria viene oggi normalmente misurata in tonnellate equivalenti petrolio (tep), perché dal petrolio derivano i combustibili oggi più usati.

 

Energia finale è l'energia fornita al consumatore e può essere corrente elettrica, gas naturale, calore (teleriscaldamento), benzina, ecc. L’energia finale è normalmente misurata in chilowattore (kWh).

I processi di trasformazione possono essere anche più complessi e svolgersi in diverse fasi. Nelle centrali termoelettriche, la prima trasformazione e quella di un combustibile (gasolio, gas naturale, carbone, ecc.) in calore. Questo trasforma acqua in vapore che mette in moto le turbine. Il calore viene quindi trasformato in energia meccanica che aziona i generatori che la trasformano in energia elettrica.

 

Dalle trasformazioni complesse risulta che l'energia utile e finale costituisce solo una piccola porzione dell'energia iniziale, perché un'elevata frazione viene trasformata in calore che non va perso, ma non è più sfruttabile tecnicamente. L'energia contenuta in un sistema fisico non può mai essere sfruttata totalmente a causa dell'entropia.

 

In un motore a combustione interna, solo il 28% circa dell'energia chimica (benzina, gasolio) immessa viene trasformata in energia meccanica che fa muovere  il veicolo, l'altra parte viene dissipata sotto forma di calore e di gas di scarico, ambedue non più sfruttabili.

 

Il rendimento delle centrali termoelettriche è di circa il 30-35 %.  Molto più efficienti sono invece le centrali idroelettriche che trasformano l'energia cinetica dell'acqua (energia primaria) in energia elettrica. Il loro rendimento può raggiungere oltre l'80%.