Le trasformazioni di energia sono processi che convertono l’energia da un tipo (per esempio, energia cinetica, potenziale gravitazionale, chimica) in un altro. Qualsiasi tipo di utilizzo dell’energia deve comportare una qualche trasformazione energetica.
L’energia deve obbedire alle leggi della termodinamica.
La termodinamica è lo studio di come l’energia cambia da un tipo ad un altro. Le leggi della termodinamica si applicano all’energia e alle conversioni di energia.
La prima legge della termodinamica:
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L’energia non può essere creata o distrutta (ciò è chiamato conservazione dell’energia); tuttavia, può essere trasformata da un tipo in un altro. Infatti, ogni processo utile trasforma l’energia da una forma all’altra. Ci sono molte forme o tipi diversi di energia. Alcuni esempi di trasformazioni quotidiane di energia sono:
| Scenario | Conversioni energetiche coinvolte |
|---|---|
| Sfregamento delle mani per renderle calde | Energia cinetica in energia termica |
| Utilizzo di una torciatorcia alimentata a batteria | Energia chimica in energia elettrica (nella batteria) Energia elettrica in energia radiante (nella lampadina) |
| Un oggetto che accelera in aumento mentre cade | L’energia potenziale gravitazionale in energia cinetica |
La seconda legge della termodinamica:
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Alcune forme di energia sono più utili di altre. Usare l’energia la rende sempre meno utile, anche se nessuna energia viene effettivamente distrutta.
L’energia cinetica e l’elettricità sono le forme più utili. Queste sono “di alta qualità” perché possono essere trasformate quasi completamente in qualsiasi altro tipo di energia. L’elettricità, per esempio, può essere facilmente usata per generare calore (energia termica) o luce (energia radiante), rompere legami chimici (energia chimica), spostare oggetti (energia cinetica) o sollevare oggetti (energia potenziale gravitazionale).
La forma meno utile di energia è l’energia termica a bassa temperatura. Può ancora essere riconvertita in una forma di qualità superiore, ma l’energia utile viene sempre persa in questo processo. Convertire l’energia in una forma meno utile e poi cercare di lavorare a ritroso non restituisce mai il 100% dell’energia utile.
Per esempio, quando un’auto funziona, il motore diventa caldo (energia termica). Il calore del motore non fa nulla per aiutare l’auto a muoversi o ad andare più veloce. Questa energia sprecata è un sottoprodotto inevitabile della conversione del carburante dell’auto (energia chimica) in movimento (energia cinetica “di alta qualità”), tuttavia può essere potenzialmente usata per riscaldare l’abitacolo dell’auto per aumentare leggermente l’efficienza energetica complessiva. È una sfida per tutte le forme di generazione di energia ridurre al minimo l’energia sprecata ed essere il più efficiente possibile.
PhET: Forme di energia e cambiamenti
L’Università del Colorado ci ha gentilmente permesso di usare la seguente simulazione PhET. Clicca per eseguire una simulazione interattiva per esplorare le trasformazioni tra i tipi di energia. In particolare, questa simulazione si occupa delle conversioni tra forme di energia meccanica, elettrica, chimica e luminosa.
Per ulteriori letture
- Seconda legge della termodinamica
- Conservazione dell’energia
- Efficienza
- Cogenerazione
- Efficienza di Carnot
- O esplorare una pagina casuale