Home > Scuola > Teoria > L’energia – Parte 3: Il primo principio della termodinamica
Spesso siamo soliti dire che “consumiamo grandi quantità di energia” ma in realtà questa energia non sparisce, semplicemente si sposta o, per meglio dire, viene dissipata in altre forme di energia che non riusciamo a trattenere. Infatti gli scienziati hanno scoperto un principio molto importante, che è diventato il “primo principio della termodinamica”, che afferma che “l’energia non si crea né si distrugge, ma passa da una forma all’altra“. Per approfondire questo principio secondo il quale l’energia non si crea né si distrugge ma passa da una forma all’altra prendiamo in considerazione due esperimenti che sono uno il proseguimento dell’altro.
Esperimento 1
Il materiale utilizzato nel primo esperimento consiste in tre batterie di tipo “torcia”, un motore elettrico con le caratteristiche adatte e un po’ di filo elettrico per i collegamenti.
Se colleghiamo le batterie tra loro e ai due poli del piccolo motore elettrico, questo comincia a muoversi molto velocemente. L’energia è immagazzinata nelle batterie sotto forma di energia chimica. Quando i fili elettrici mettono in contatto i poli delle batterie con i poli del motore elettrico, a causa delle caratteristiche tipiche di tutte le batterie, si verifica un movimento di elettroni attraverso i fili chiamato “corrente elettrica”, quindi l’energia chimica immagazzinata nelle batterie si trasforma gradualmente in energia elettrica, grazie alla quale il motore elettrico si mette in moto. A quel punto l’energia elettrica si trasforma in energia meccanica (anche detta energia di movimento). Il motore si muove velocemente.
Esperimento 2
Il materiale utilizzato nel secondo esperimento consiste in tre batterie di tipo “torcia” (le stesse utilizzate nell’esperimento precedente), una torcia elettrica con una vecchia lampadina a filamento in grado di emettere una luce molto intensa, una cella fotovoltaica di dimensioni 15 cm x 7 cm, un motore elettrico con le caratteristiche adatte (lo stesso utilizzato nell’esperimento precedente) e un po’ di filo elettrico per i collegamenti.
Se inseriamo le batterie nella torcia e premiamo l’interruttore la lampadina si illumina. L’energia è immagazzinata nelle batterie sotto forma di energia chimica. All’interno della torcia vi sono piccole molle e placchette di metallo che mettono in contatto i poli delle batterie con i poli della lampadina e così, a causa delle caratteristiche tipiche di tutte le batterie, si verifica un movimento di elettroni attraverso le molle, le placchette e il filamento della lampadina, quindi l’energia chimica immagazzinata nelle batterie si trasforma gradualmente in energia elettrica. Il movimento di elettroni all’interno del filamento della lampadina ne causa l’incandescenza, e così l’energia elettrica viene convertita in energia termica e in energia luminosa. Una parte dei raggi di luce emessi dalla lampadina vanno ad illuminare la cella fotovoltaica, che è un dispositivo in grado di generare corrente elettrica se esposto alla luce. Quindi una parte dell’energia luminosa emessa dalla lampadina viene convertita in energia elettrica dalla cella fotovoltaica. I due poli della cella fotovoltaica sono collegati ai due poli del motore elettrico e così le componenti interne del motore elettrico, attraversate dalla corrente elettrica, fanno muovere l’albero del motore elettrico, trasformando una parte dell’energia elettrica rimasta in energia meccanica. Il motore si muove molto lentamente, anche se la sorgente iniziale di energia (le tre batterie collegate in serie) è la stessa dell’esperimento 1. Questo significa che il rendimento, che in questo caso è la frazione di energia elettrica immessa nel circuito dalle batterie che viene convertita in energia meccanica del motore elettrico, è maggiore nell’esperimento 1 rispetto all’esperimento 2.
Tecnologia dell’energia: L’energia – Parte 1: Definizione; L’energia – Parte 2: Il principio di equivalenza massa-energia; Statistiche dell’energia; L’energia chimica; L’energia nucleare; L’energia elettrica; L’energia luminosa; L’energia termica; L’energia meccanica; L’energia – Parte 3: Il primo principio della termodinamica; La ruota ad acqua; La macchina a vapore; Il motore a scoppio; Il generatore elettrochimico; Il generatore elettromeccanico; Circuito elettrico; Intensità di corrente elettrica; Tensione elettrica; Resistenza elettrica; La prima legge di Ohm; Teoria