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T. Pera – Materia ed Energia ITI Cobianchi Energeticamente Consapevoli

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T. Pera – Materia ed Energia

ITI Cobianchi

Energeticamente Consapevoli

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T. Pera – Materia ed Energia

tutto ciò che occupa spazio e ha massa;

insieme dei corpi e degli oggetti impenetrabili;

tutto ciò che è composto da fermioni elementari.

Fermioni = leptoni, cioè elettroni, muoni e tauoni

(ad ognuna di queste è associato un particolare

neutrino) con i loro due spin e la loro carica…e quark, inclusi quelli up e down che costituiscono i protoni e i neutroni. I neutrini hanno massa diversa da zero (da 100.000 a 1 milione di volte

inferiore a quella dell'elettrone).

MATERIA

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T. Pera – Materia ed Energia

la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro…e di liberare calore e/o luce;

è il “legante” che tiene assieme tutta la materia del mondo e dell’universo

è tutto ciò che è fatto di bosoni elementari

è dovuta al contributo dei campi di forze.

I bosoni costituiscono il campo di forze e sono particelle caratterizzate dal fatto di obbedire alla statistica di Bose-Einstein, cioè dall'avere

uno spin che assume valori interi.

ENERGIA

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T. Pera – Materia ed Energia

Tutta la realtà di cui siamo

parte è costituita da

MATERIA + ENERGIA REALTA’ =

Kgmassa Joule ("giùl" )

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T. Pera – Materia ed Energia

Massa = u.d.m. della quantità di materia

Mole = u..d.m. della quantità di sostanza

MATERIA =

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T. Pera – Materia ed Energia

EPOTENZIALE

sta nel campo delle forze, cioè nei “legami”, che tengono unita la materia (è il “collante”)

ΔECINETICA

sta nel movimento della materia

ENERGIA =

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Q·Δ h En idraulica

Q·Δt En termica

Q·ΔV En elettrica

Q·Δμ En magnetica

Qf·Δs En meccanica

Q·Δμ0En chimica

ENERGIA

festensivo · fintensivo

Q · Δ

f(m) f(m)

d.d.p.

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T. Pera – Materia ed Energia

ΔE = W + Q

ΔH = ΔG + TΔS Wu + Qamb

ΔS>0 ΔS max

1° principio

2° principio

3° principio

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T. Pera – Materia ed Energia – Lavoro e Calore

W=lavoro

Ordine

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T. Pera – Materia ed Energia – Lavoro e Calore

Q = calore

disordine

3° principio

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T. Pera – Materia ed Energia – Lavoro e Calore

ΔE = W + Q

ΔH = ΔG + TΔS

1° principio

2° principio

ΔH = Qp = m · cp·Δt

ΔH = Qp = n · Cp·Δt

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T. Pera – Materia ed Energia – Lavoro e Calore

W può trasformarsi integralmente in Q

Q non può trasformarsi integralmente in W

2° principio

3° principio

la parte T·ΔS viene inesorabilmente ceduta dal sistema alla sorgente fredda = ambiente:da qui ΔS >0 cioè ΔS tende ad un max

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T. Pera – Materia ed Energia – Lavoro e Calore

Rendimento

η = Wu/Qass

η < 1

• Nel motore di una automobile, il rendimento è il rapporto tra l'energia meccanica ottenuta con quel combustibile e l‘energia chimica contenuta del combustibile utilizzato.

• Le pompe reali non sono in grado di trasferire al fluido tutta l'energia che ricevono:la potenza assorbita é maggiore di quella effettivamente acquistata dal fluido. Il rapporto tra potenza utile (Nu) e la potenza assorbita (Nass) definisce il rendimento η della pompa. η = Nu/Nass

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T. Pera – Materia ed Energia – Biodiesel

Quasi tutto il biodiesel è prodotto dagli oli vegetali vergini usando la tecnica base-catalizzata poichè è il procedimento più economico e

con rendimento di conversione pari a circa il 98% (se l'olio iniziante ha un basso tenore in umidità ed in acidi grassi liberi).

Il biodiesel può però anche essere prodotto da altre fonti o con altri metodi e può anche richiedere una catalisi acida (molto più lenta).

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T. Pera – Materia ed Energia – Solare termicoSchema di un impianto a circolazione naturale:(A) Entrata dell'acqua fredda;(B) Serbatoio coibentato;(C) Pannello solare termico;(D) Radiazione solare;(E) Uscita dell'acqua calda.

A

B

C

D

E

η%

T* = (Tm – Tamb)/Eglob in kg/m2/W

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T. Pera – Materia ed Energia – Solare fotovoltaico

Il rendimento (efficienza) di un modulo

fotovoltaico (energia elettrica prodotta/e energia solare incidente) dipende dalla purezza del materiale semiconduttore utilizzato (tanto più è puro tanto maggiore è la radiazione solare captata e convertita) oppure dalla combinazione di più materiali semiconduttori che coprano in assorbimento la maggior parte possibile di spettro della radiazione solare incidente

Alcuni pannelli a concentrazione per uso terrestre, derivati dal settore aerospaziale (Boeing - Spectrolab), sfruttano caratteristiche di questo tipo ed hanno rendimenti nominali che superano anche il 40%; i comuni prodotti commerciali a base silicea si attestano intorno al:15% nei moduli in silicio monocristallino; 13% nei moduli in silicio policristallino; 6% nei moduli in silicio amorfo.

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T. Pera – Materia ed Energia

Materia ed energia sono due aspetti della realtà

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T. Pera – Materia ed Energia Materia ed energia sono due aspetti della realtà

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T. Pera – Materia ed Energia Materia ed energia sono due aspetti della realtà

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T. Pera – Materia ed Energia Materia ed energia sono due aspetti della realtà

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T. Pera – Materia ed Energia Materia ed energia sono due aspetti della realtà

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T. Pera – Materia ed Energia Materia ed energia sono due aspetti della realtà

Quali tracce… per noi?

"materia oscura" è il termine che fisici, astrofisici e cosmologi danno alla materia che non emette luce visibile, onde radio, raggi X , raggi gamma o altre radiazioni elettromagnetiche. Oggi riteniamo che la materia oscura sia molto più abbondante della materia visibile e che sia parte responsabile della struttura dell'Universo che osserviamo.

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T. Pera – Materia ed Energia Materia ed energia sono due aspetti della realtà

Immagine a raggi X presa da un satellite e sovrapposta ad una fotografia di un gruppo di galassie. L'immagine mostra, in falso colore rosa, una gigantesca nube di gas “caldo” che emette una debole quantità di raggi X.

La presenza di questo gas fa supporre una forte attrazione gravitazionale in grado di mantenerlo confinato;

la  sola massa delle galassie visibili non sarebbe sufficiente. Deve quindi esservi materia oscura diffusa fra le galassie dell’ammasso. (Credit:Dr. R.Mushotzky Nasa Goddard Space Flight Center)

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T. Pera – Materia ed Energia Materia ed energia sono due aspetti della realtà

L'energia oscura viene introdotta per spiegare le osservazioni di un universo in accelerazione (forza gravitazionale repulsiva), e per colmare una significativa porzione della massa mancante dell'universo (che ne costituisce circa il 90%).

La massa mancante (chiamata poi materia oscura) è quella porzione di massa dell‘universo che viene introdotta per spiegare la mancanza di una massa sufficiente a giustificare il valore della gravità effettivamente misurata nello spazio (rispetto alla massa fisica realmente osservata).

Il termine "energia oscura" fu coniato da Michael Turner.

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T. Pera – Materia ed Energia Materia ed energia sono due aspetti della realtà

L’immagine mostra l'espansione dell'Universo a partire dal Big Bang .

Fino a circa 8 miliardi di anni fa, la gravità era la forza dominante in un Universo ancora piccolo, e l'espansione rallentava.

Nel periodo successivo, le dimensioni dell'Universo aumentarono fino a che una misteriosa “energia oscura" repulsiva divenne dominante sulla più debole forza di gravità attrattiva, producendo così un'espansione accelerata dell'Universo.

I cerchi concentrici rossi indicano che nella prima metà di vita del cosmo la velocità relativa di allontanamento delle galassie era minore rispetto a quella nella seconda metà di vita (cerchi verdi).

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T. Pera – Materia ed Energia energia: graduatoria di consumo (potenza)

16,2 miliardi di Joule /ora locomotiva diesel

X 650

10.530 miliardi di Joule/ora decollo shuttle

X 540

5.686.200 miliardi di Joule/ora uragano

X 2

11.372.400 miliardi di Joule maree

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T. Pera – Materia ed Energia graduatoria di consumo (potenza) 16,2 miliardi di Joule /ora locomotiva diesel

11.372.400 miliardi di Joule maree

X 19

219·106 miliardi di Joule 200 milioni di miliardi atomica “Zar” all’H2 (1961) X 45

9.858 ·106 miliardi di Joule vulcani nel mondo X 1,2

11.829 ·106 miliardi di Joule terremoto di Valdivia (Mex) X 10

11.829 ·107 miliardi di Joule movimento placche/anno

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T. Pera – Materia ed Energia graduatoria di consumo (potenza) 16,2 miliardi di Joule /ora locomotiva diesel

11.829 ·107 miliardi di Joule movimento placche/anno

X 9 106.461·107 miliardi di Joule aria oceano

X 15

159.691·108 miliardi di Joule biomassa nel mondo X 6,7

10.699 ·109 miliardi di Joule riserve fossili (mondo) X 36

309.844·109 miliardi di Joule innalzamento dei monti/mondo

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T. Pera – Materia ed Energia VARIAZIONE DELLA PRODUZIONE MONDIALE

dall’l‘edzione 2011 della Review energetica della BP

PETROLO 25 milioni di barili giornalieri

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T. Pera – Materia ed Energia

VARIAZIONE DELLA PRODUZIONE MONDIALE

Il grafico precedente mostra la variazione nella produzione di energia delle varie fonti tra il 2005 e il 2009.

Il petrolio è rimasto sostanzialmente piatto (nel 2010 stessa quantità del 2006).

Il nucleare è rimasto costante e ora, dopo il disastro Giapponese e la sostanziale uscita dal nucleare della Germania, è probabile che ceda delle quote.

Le rinnovabili (idro, eolico, solare e biomasse) sono aumentate di 230 Mtep; in questa cifra, il biofuel pesa solo per il 20% ed è auspicabile che tale valore non cresca troppo.

Il problema è che gas e soprattutto carbone continuano a crescere;

la vera sfida del 21° secolo è fare a meno del carbone che incide quasi per un terzo e che sta superando per importanza il petrolio (il sorpasso potrebbe avvenire nel 2011).

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T. Pera – La distillazione del petrolio

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T. Pera – Materia ed Energia

VARIAZIONE DELLA PRODUZIONE MONDIALE

Con 8 milioni di tonnellate in meno (rispetto ai 9,57 mln realizzati solo nel 2010), la produzione di biodiesel europea nel 2011 segna una battuta d’arresto senza precedenti (European Biodiesel Board Ebb): il rapporto tecnico 2010-2011 evidenzia una crescita “scarna” del 5,5% sull’anno precedente, rispetto invece alle abbondanti percentuali del +17% nel 2009 e del +35% nel 2008. 

Secondo Ebb, nonostante ci sia stato un aumento complessivo della capacità produttiva del biodiesel – che nei primi 6 mesi del 2011 è passata da 21,9 a 22,1 mln ton. – il tasso di utilizzo dei 254 impianti europei è comunque crollato ormai al 44%. Meno critica rispetto alla media Ue la situazione in Italia, dove a metà 2011 la capacità era di 2,26 mln ton. (2,37 a fine 2010) e la produzione si aggirava intorno agli 1,9 milioni.

Questo drastico calo di produzione deriva dal netto aumento delle importazioni di biodiesel da Argentina e Indonesia, (nel primo trimestre del 2011sono arrivate a rappresentare, rispettivamente, il 71 e il 27% dell’import totale della Ue, lasciando al resto del mondo un mero 2%) a seguito dell’’introduzione, nei 2 Paesi, di  sistemi fiscali incentivanti per l’export di biodiesel.

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T. Pera – Materia ed Energia

distribuzione % rispetto al costo per litro in Italia

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T. Pera – Energeticamente consapevoli: verifica e valutazione Sulle tracce della competenza

Vi ringrazio per

l’attenzione