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La meccanica

Forme di energia e sue trasformazioni

L'energia è una grandezza che esprime la capacità, o attitudine, di un corpo a compiere lavoro.

L'energia entra in gioco in qualunque attività che implichi un lavoro ed è un concetto importantissimo in fisica e si manifesta sotto diverse forme, che hanno la proprietà di convertirsi l'una nell'altra. Poiché ha le dimensioni di un lavoro, l'energia si misura in joule.

Comunemente si distinguono l'energia meccanica, associata allo spostamento da parte di una forza, l'energia termica, o calore, associata al moto di agitazione delle particelle che compongono la materia, l'energia elettromagnetica, o radiante, associata all'emissione di radiazione elettromagnetica prodotta dall'eccitazione degli atomi e delle molecole, l'energia chimica, associata alle forze di legame tra atomi nelle molecole, l'energia elettrica, associata al moto di particelle cariche elettricamente, e l'energia nucleare, derivante dalle forze di legame tra le particelle del nucleo atomico .

Le forme di energia che comunemente vengono citate per esprimere i mezzi attraverso i quali l'uomo produce lavoro, come per esempio l'energia eolica o l'energia solare, fanno parte delle categorie energetiche elencate sopra: l'energia eolica è energia meccanica che deriva dal moto delle pale di un aerogeneratore (o di un mulino) mosse dal vento, l'energia solare è energia elettromagnetica emessa dalla superficie solare ecc.

L'energia tende a passare da una forma all'altra, così le varie forme di energia non restano perennemente tali, ma si trasformano le une nelle altre: per esempio, l'energia chimica si trasforma spesso in calore e talvolta (come nel caso della pila) in energia elettrica; l'energia nucleare e l'energia meccanica si trasformano spontaneamente in calore. La conversione di energia da una forma a un'altra può avvenire spontaneamente o in maniera indotta, attraverso macchine o sistemi appositi. Con un generatore elettrico si può trasformare l'energia meccanica in energia elettrica, mentre con un motore elettrico, si trasforma l'energia elettrica in energia meccanica. Con un motore a scoppio, del tipo utilizzato nelle comuni automobili, si sfrutta l'energia chimica del carburante, che viene trasformata, nel corso della combustione (che è una reazione chimica), in energia termica e in seguito in energia meccanica per azionare le ruote dell'automobile. In un comune tubo al neon l'energia elettrica viene trasformata in energia elettromagnetica, emessa dagli atomi eccitati di neon sotto forma di radiazione luminosa o luce . In natura le piante, per mezzo di un pigmento verde presente nelle foglie, la clorofilla, intercettano l'energia radiante proveniente dal Sole e la trasformano in energia chimica (fotosintesi).

In generale, per ogni trasformazione energetica è possibile calcolare il rendimento della trasformazione, che misura in modo percentuale quanta parte dell'energia immessa in una forma è stata convertita nella forma finale desiderata. Nel caso delle trasformazioni spontanee il rendimento è sempre del 100%, mentre nel caso delle trasformazioni indotte dipende dal tipo di strumento utilizzato e dalle forme di energia iniziale e finale. Fra le varie forme di energia, quella termica ha una caratteristica interessante: tutte le altre forme di energia possono trasformarsi spontaneamente in energia termica, ma non è vero il contrario. Poiché è legata al moto di agitazione atomico-molecolare, l'energia termica è la forma più disordinata di energia, o, come si dice, la più degradata.

Di tutte le forme di energia citate all'inizio del paragrafo, ci si occuperà ora dell'energia meccanica, cioè dell'attitudine di un corpo a compiere lavoro, alla quale sono riconducibili anche altre forme di energia (per esempio, l'energia elettrica o l'energia chimica). L'energia meccanica, che da qui in poi verrà semplicemente indicata come energia, è distinta in energia cinetica ed energia potenziale. L'energia cinetica che un sistema possiede è quella dovuta al movimento delle diverse parti che lo compongono: una pallina da ping-pong in movimento possiede energia cinetica, ma anche un elettrone che scorre in un filo elettrico. L'energia potenziale invece dipende dal tipo di forze che agiscono sul sistema: una massa situata in un campo gravitazionale possiede un'energia potenziale gravitazionale, una carica elettrica ferma in un campo elettrico possiede un'energia potenziale elettrica.

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