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Le forme e le trasformazioni di energia - DALLA FORZA DEI MUSCOLI ALL’ENERGIA NUCLEARE, ENERGIA DAL SOLE, ENERGIA DAL VENTO



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Le forme e le trasformazioni di energia
















DALLA FORZA DEI MUSCOLI ALL’ENERGIA NUCLEARE



La prima fonte d’energia di cui l’uomo si è servito è stata quella dei propri muscoli, a sua volta derivante dall’energia chimica degli alimenti. La utilizzava per procurarsi cibo raccogliendo piante e cacciando animali e per difendersi dai nemici.

Divenuto agricoltore e allevatore, l’uomo imparò ad utilizzare anche l’energia muscolare degli animali e a trasformarla in lavoro. In questo modo, oltre a faticare di meno, sfruttava una forza, quella degli animali, assai superiore alla sua: la forza di tiro di un cavallo equivale, con molta approssimazione, a quella di sette uomini.

Per millenni furono queste le uniche fonti d’energia utilizzate dall’uomo per costruire edifici e strade, per coltivare terreni e trasformare l’ambiente: i propri muscoli e gli animali.



Solo dopo molto tempo l’uomo imparò ad utilizzare anche altre fonti naturali d’energia: ad esempio il calore sviluppato dai raggi del sole o dal fuoco per essiccare o cuocere i cibi e lavorare i metalli; e questa situazione durò per tutta la preistoria e per gli albori della storia.

Ai tempi dei Greci e dei Romani, ad alleviare la fatica fisica dell’uomo cominciò a contribuire anche l’energia idrica ricavata dall’acqua. Essi, infatti, avevano imparato ad utilizzare la ruota idraulica per azionare i mulini e macinare i cereali: operazione, quest’ultima, che in precedenza veniva effettuata sfruttando l’energia muscolare di due uomini o di un animale da tiro.

I primi mulini risalgono al primo secolo avanti Cristo, ma perché l’uomo riesca a sfruttare consistentemente l’energia idrica occorre aspettare fino al Medioevo. Allora le ruote idrauliche vennero impiegate per la prima volta per muovere i magli e i mantici delle botteghe dei fabbri, per azionare filatoi e altre macchine per la lavorazione dei tessuti, per mettere in movimento seghe idrauliche per il taglio dei tronchi d’albero, per preparare la pasta di legno nelle cartiere.

Notevole importanza ebbe anche lo sfruttamento dell’energia eolica ricavata dal vento; la prima utilizzazione fu nelle barche a vela e poi nei mulini a vento, i più antichi dei quali risalgono  attorno al VII secolo d.C.

Attraverso la ricerca tecnologica, già nell’antichità l’uomo era riuscito a diminuire anche notevolmente la fatica fisica legata al lavoro grazie a dispositivi capaci di sviluppare una forza molto superiore alla sua: basta pensare alle invenzioni della vite senza fine di Archimede(III secolo a.C.), al piano inclinato, alla carrucola, ai paranchi.

Addirittura, nel Rinascimento, alcuni scienziati progettarono dispositivi e macchine che, sulla carta, erano in grado di sostituire completamente (o quasi) l’energia muscolare dell’uomo: però molte di quelle intuizioni, pur avendo una loro validità teorica, si potevano realizzare solo molto più tardi, nel nostro secolo: è il caso, ad esempio, di alcuni progetti di Leonardo da Vinci che hanno anticipato l’invenzione della bicicletta, dell’automobile, dell’aeroo, e del paracadute, naturalmente a livello tecnico, senza cioè trovare applicazione pratica.

Ma l’invenzione grazie alla quale l’uomo è riuscito a trasformare in lavoro quantità di energia tale da poter mettere in movimento impianti industriali, carrozze, locomotive, navi, è stata la macchina a vapore, realizzata nella seconda metà del XVIII secolo.

Nel secolo successivo importanti invenzioni scientifiche e tecnologiche – come i generatori e i motori elettrici – hanno portato alla nascita di nuove industrie, accelerando la rivoluzione industriale iniziata nel Settecento.

Da allora sono stati fatti passi da gigante sia nell’evoluzione scientifica che in quella tecnologica: con l’impiego di materie prime sfruttate appieno solo nel nostro secolo come il petrolio e il metano; con la ricerca di nuove fonti di energia, quali l’energia nucleare; con l’utilizzazione su vasta scala dell’energia elettrica. Tutti i fattori di progresso che hanno determinato cambiamenti profondi nella nostra società.





ENERGIA DAL SOLE


L’energia solare è la fonte di energia più diffusa, disponibile ovunque in modo gratuito; la sua utilizzazione, tuttavia presenta problemi tecnici ed economici che rendono notevole il divario tra le capacità potenziali e la possibilità pratiche d’impiego.

Un primo problema è rappresentato dalla bassa densità energetica dell’energia solare è dato dalla sua discontinuità, dovuta non solo dall’alternanza del giorno e della notte e al ciclo delle stagioni ma soprattutto alla variazione delle condizioni meteorologiche.

Nel campo della sperimentazione delle tecnologie per la produzione di energia elettrica da energia solare vengono svolti programmi di ricerca e di dimostrazione essenzialmente nel settore fotovoltaico, che è caratterizzato dal maggiore contenuto di innovazione e con maggiori potenzialità di progresso tecnologico.



ENERGIA DAL  VENTO


Quella del vento è la fonte energetica rinnovabile che offre maggiori possibilità di competitività, nel medio termine, con le fonti tradizionali nella produzione di energia elettrica.

Si tratta di una forma di energia molta diffusa che si rende disponibile sotto forma meccanica, ed è perciò trasformabile con un buon rendimento in elettricità.

La quantità di energia eolica disponibile è teoricamente grandissima, ma la possibilità di utilizzarla è fortemente limitata dalla sua irregolarità e incostanza  e da una concentrazione energetica relativamente bassa.

L’Italia non è esposta ai venti forti e regolari caratteristici dei paese affacciati sugli oceani. Esistono comunque venti di buona intensità, in particolare in alcune località alpine e appenniniche e sulle coste, soprattutto nelle regioni meridionali e nelle isole.

Le macchine eoliche derivano dai tradizionali mulini a vento e sono costituiti essenzialmente da un rotore, formato da alcune pale fissate su di un mozzo e progettate per sottrarre al vento parte della sua energia cinetica per trasformarla in energia meccanica e quindi in elettricità.







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