Alessio Di Giorgio



I liquidi

I liquidi sono sostanze che si trovano in uno stato di aggregazione della materia intermedio tra quello dei gas e quello dei solidi. In questo stato, le sostanze sono dotate di un volume proprio, ma non di una forma definita: esse assumono la forma del recipiente che le contiene. Questa proprietà deriva dall’intensità dei legami che si instaurano tra le molecole di un liquido, intermedia tra quella dei legami che caratterizzano lo stato solido e quella dei legami che caratterizzano lo stato gassoso. L'analisi delle sostanze liquide condotta mediante raggi X rivela l'esistenza di un certo grado di regolarità nella disposizione delle molecole, entro alcuni diametri molecolari. Inoltre in alcuni casi evidenzia la presenza di un orientamento preferenziale, che determina l'anisotropia rispetto ad alcune proprietà (la dipendenza di queste proprietà dalla direzione).In opportune condizioni di temperatura e di pressione, quasi tutte le sostanze possono esistere allo stato liquido. Il passaggio di stato che consente a una sostanza solida di passare alla fase liquida prende il nome di fusione; quello che permette a una sostanza gassosa di passare alla fase liquida prende il nome di condensazione. La pressione del vapore in equilibrio con il liquido, chiamata tensione di vapore saturo, dipende solo dalla temperatura ed è una proprietà caratteristica di ogni liquido. Anche il punto di ebollizione, quello di solidificazione e il calore di evaporazione (cioè la quantità di calore richiesta per far evaporare una massa unitaria) variano da sostanza a sostanza. La densità di un liquido è solitamente minore di quella che caratterizza la medesima sostanza allo stato solido, vi sono poche eccezioni a questo comportamento, una delle quali è fornita dall'acqua. I liquidi sono caratterizzati da un attrito interno, detto viscosità, che si oppone allo scorrimento tra strati di fluido adiacenti. Questa grandezza normalmente diminuisce all'aumentare della temperatura e aumenta al crescere della pressione. Inoltre è in relazione con la complessità delle molecole che costituiscono il fluido: è bassa nei gas inerti liquefatti e alta negli oli pesanti.

Alessio Di Giorgio


Fisica dello stato solido

La fisica dello stato solido è una parte della fisica che ha per oggetto lo studio delle proprietà delle sostanze solide, cristalline o amorfe (ad esempio vetri e ceramiche), e che si occupa di indagare sulle caratteristiche di particolari sostanze organiche e vari polimeri.

CENNI STORICI
Nata nel XX secolo, la fisica dello stato solido si avvalse, a partire dal 1910, degli esperimenti di diffrazione di raggi X per studiare la struttura dei cristalli, ottenendo risultati rivoluzionari, quali la scoperta dei semiconduttori, intorno al 1920, e lo sviluppo della teoria microscopica della superconduttività. Da queste ricerche sono nate importanti applicazioni, ad esempio il transistor, le fibre ottiche e il laser a semiconduttore.Oggi la fisica dello stato solido è in rapido sviluppo ed in grado di caratterizzare la tecnologia del XXI secolo, con l'introduzione di nuovi materiali scoperti e realizzati grazie agli studi effettuati.

LA CONDUZIONE ELETTRICA NEI SOLIDI
Una delle più importanti conquiste della fisica dello stato solido è la teoria delle "bande" di energia, che permette di spiegare le proprietà conduttive dei solidi facendo riferimento a questi particolari livelli energetici. Migliorando la comprensione del meccanismo della conduzione, sono stati scoperti i semiconduttori, materiali dalle proprietà importanti che hanno rivoluzionato il mondo della tecnologia permettendo la realizzazione dei circuiti integrati ed in seguito dei microprocessori e dei computer.

Il modello a bande
Un elettrone legato al nucleo di un atomo isolato può occupare solo un insieme discreto di livelli di energia, mentre in un solido cristallino, costituito da moltissimi atomi identici disposti in una struttura reticolare regolare, i livelli energetici sono organizzati in bande "permesse" di energia, separate da bande "proibite". Poiché la struttura delle bande è una proprietà del cristallo nel suo insieme, ogni atomo può contribuire con un elettrone esterno (o di valenza) a riempire le bande permesse. In accordo col principio di esclusione enunciato da Wolfgang Pauli, ciascun livello di energia può essere occupato da una coppia di elettroni, che possiedono i due possibili valori dello spin (spin su, o positivo, e spin giù, o negativo). In prossimità dello zero assoluto, tutti i livelli di energia più bassa del cristallo sono completamente occupati, ma quando la temperatura aumenta, gli elettroni acquistano energia e possono riempire i livelli di energia più alta.
Il cosiddetto "livello di Fermi" rappresenta una specie di "linea di demarcazione" al di sotto della quale i livelli di energia tendono a essere tutti occupati, mentre al di sopra di essa quasi tutti i livelli sono vuoti.

Dagli isolanti ai semiconduttori
La posizione del livello di Fermi all’interno della struttura a bande permette di definire le proprietà conduttrici o isolanti dei vari materiali. Se il livello di Fermi si trova in mezzo a una banda permessa, il solido è un conduttore: in questo caso anche piccole energie possono determinare transizioni elettroniche tra i livelli energetici, e questa mobilità di particelle cariche si traduce nelle proprietà che caratterizzano i materiali conduttori, ossia la capacità di condurre elettricità e calore e di assorbire la radiazione luminosa. Esempi tipici di sostanze conduttrici si trovano in genere tra i metalli. Se il livello di Fermi si trova in cima a una banda permessa e vi è un salto di energia (gap) relativamente grande tra questa e la successiva banda permessa, il solido è un isolante, come il diamante o il quarzo. In questo caso, solo grandi energie possono eccitare gli elettroni, provocando il salto della banda proibita; di conseguenza i materiali isolanti sono cattivi conduttori di calore e di elettricità, non assorbono la luce e sono spesso trasparenti. Infine, se il livello di Fermi è posto alla sommità di una banda permessa, ma la gap che separa tale banda dalla successiva è piuttosto stretta, non sarà difficile provocare, con opportune manipolazioni del materiale, il salto energetico degli elettroni nella banda di conduzione: in questo caso si parla di un semiconduttore che si comporta, ad esempio, come il silicio.

UN RISULTATO RECENTE: I MATERIALI SUPERCONDUTTORI
Un campo attivo di ricerca della fisica dello stato solido è lo studio dei superconduttori, cioè di quei materiali che a temperature estremamente basse, di pochi gradi al di sopra dello zero assoluto, manifestano improvvise variazioni delle proprietà elettriche e magnetiche, associate alla scomparsa della resistenza elettrica. In assenza di resistenza, una corrente lanciata in un anello superconduttore circola indefinitamente, senza richiedere alimentazione e senza dissipazione di energia.In pratica sono stati realizzati anelli superconduttori capaci di sostenere correnti elettriche per mesi, senza un'apprezzabile diminuzione di intensità.

Superconduttori ad alta temperatura
Per la maggior parte del XX secolo i fenomeni di superconduzione furono osservati solo alla temperatura dell'elio liquido (-268,9°C). Il raggiungimento e il mantenimento di simili temperature ha costi rilevanti, tali da rendere svantaggioso dal punto di vista economico l'utilizzo di materiali superconduttori. Negli anni Ottanta la scoperta di una classe di materiali ceramici che diventano superconduttori a temperature notevolmente maggiori di quella di liquefazione dell'aria circa -200°C) ha aperto nuove possibilità di applicazione della superconduttività con la realizzazione di dispositivi elettronici ad alta velocità e di più efficienti linee di trasporto dell'energia elettrica.

Alessio Di Giorgio



CALORE LATENTE


I cambiamenti di stato nelle sostanze pure avvengono in condizioni definite di pressione e temperatura. In particolare, fissate le condizioni di pressione, la temperatura di transizione è una caratteristica della sostanza in esame. La quantità di calore richiesta per produrre la transizione di fase per unità di massa di sostanza è detta calore latente; quindi vi sono calori latenti di fusione, di vaporizzazione e di sublimazione.Se si porta a ebollizione acqua in un recipiente aperto, alla pressione di 1 atm, la temperatura non sale oltre i 100 °C, indipendentemente dalla quantità di calore fornito. Il calore assorbito dall'acqua è il calore latente, che viene speso per trasformare l'acqua in vapore ed è pertanto immagazzinato come energia nel vapore stesso. Ugualmente, se si riscalda un miscuglio di ghiaccio e acqua, la temperatura non varia fino a quando il processo di fusione del ghiaccio non è completo.Il calore latente assorbito, in questo caso, serve a vincere le forze che tengono unite le particelle di ghiaccio.

Calore specifico

Alessio Di Giorgio

Calore specifico

Calore specifico è la quantità di calore necessaria per innalzare di un grado centigrado la temperatura di un’unità di massa di una sostanza.                                                                                                 Nel Sistema internazionale (SI) il calore specifico è espresso in joule per chilogrammi per gradi centigradi, o per gradi kelvin, ma delle volte viene misurato in calorie per grammo per grado centigrado.                                                                                                                                                         Dalla definizione di caloria consegue che il calore specifico dell'acqua è esattamente uguale a 1 caloria per grammo per grado, nell'intervallo di temperatura compreso tra 14,5 e 15,5 °C, e in condizioni di pressione ordinaria, ovvero occorre 1 caloria per portare da 14,5 °C a 15,5 °C la temperatura di 1 g d'acqua.                                                                                                                                       In generale il calore specifico varia da sostanza a sostanza e, secondo la legge formulata dai chimici francesi Pierre-Louis Dulong e Alexis Thérèse Petit, diminuisce all'aumentare del peso atomico.                                Infatti il prodotto del calore specifico e del peso atomico si mantiene approssimativamente uguale a 6 per tutti gli elementi solidi. Il calore specifico dipende dal tipo di trasformazione termodinamica che una sostanza subisce, quindi si distinguono calore specifico a pressione costante e calore specifico a volume costante.                                                                                                                                Se si riscalda un gas a pressione costante, lasciando il sistema libero di espandersi, occorre una quantità maggiore di calore per innalzare la temperatura di un grado, poiché una parte dell'energia fornita viene dissipata sotto forma di lavoro nel processo di espansione. Per questo motivo il calore specifico a pressione costante è più grande del calore specifico a volume costante.

I gas

Alessio Di Giorgio

                                                I gas

In fisica la parola gas indica uno dei tre stati di aggregazione in cui può presentarsi la materia, ciascuno caratterizzato da distinte proprietà microscopiche e macroscopiche.Queste tre forme di materia sono rappresentate dai solidi, di forma ben definita, difficilmente deformabili, dai liquidi, che hanno volume proprio, ma assumono la forma del recipiente che li contiene, e dai gas, di densità inferiore a quella di liquidi e solidi, privi di volume definito, e che si espandono rapidamente riempiendo il volume dei loro contenitori.

LA LEGGE DI STATO DEI GAS PERFETTI

La teoria atomica della materia definisce gli stati di aggregazione o fasi in termini microscopici.Le molecole di un solido occupano posizioni fisse all'interno di un reticolo regolare e la loro libertà di movimento è limitata a piccole vibrazioni attorno ai siti reticolari. Al contrario, non vi è alcun ordine spaziale microscopico nei gas: le molecole si muovono a caso, trattenute solo dalle pareti del recipiente che lo contiene.  Le variabili macroscopiche che caratterizzano lo stato di un gas, quali pressione (P), volume (V) e temperatura (T), sono correlate per mezzo di relazioni empiriche.La legge di Boyle stabilisce che in un gas, in condizioni di temperatura costante, il volume è inversamente proporzionale alla pressione; la legge di Gay-Lussac afferma che, a volume costante, la pressione è proporzionale alla temperatura assoluta. Combinando queste due leggi, si ottiene la legge generale, nota anche come equazione di stato dei gas perfetti: PV/T= R.

TEORIA CINETICA DEI GAS

L'avvento della teoria atomica permise di dare un'interpretazione teorica delle leggi empiriche che descrivono il comportamento dei gas: il volume rappresenta lo spazio disponibile al moto delle molecole; la pressione, che può essere misurata con un manometro fissato alla parete del contenitore, rappresenta la variazione media della quantità di moto delle molecole, che si verifica quando queste entrano in collisione con le pareti e vengono riflesse; la temperatura è proporzionale all'energia cinetica media delle molecole, cioè al quadrato della loro velocità media.La teoria che collega le proprietà dei gas alla meccanica classica prende il nome di cinetica dei gas; oltre a fornire l'interpretazione teorica dell'equazione di stato dei gas perfetti, essa consente di dedurre una serie di altre proprietà dei gas, come la legge di distribuzione delle velocità molecolari e le proprietà di trasporto.

Legge di Van der Waals

Il comportamento dei gas reali spesso si discosta anche sensibilmente da quanto previsto dall'equazione dei gas perfetti. Per fornire una buona descrizione dei gas reali sono state quindi proposte forme modificate della legge PV = nRT.Particolarmente utile e molto nota è la legge di Van der Waals: (P + n²a/V²) (V - nb) = nRT, dove a e b non sono costanti universali, ma due parametri ai quali vanno assegnati di volta in volta valori opportuni, ottenibili sperimentalmente.                                                                                 Anche la legge di Van der Waals può essere interpretata a livello microscopico: le molecole interagiscono tra loro per mezzo di forze a corto raggio, che sono fortemente repulsive a piccola distanza, diventano debolmente attrattive a distanza media, e si annullano a grande distanza..La repulsione tra molecole proibisce alle particelle di occupare posizioni particolarmente ravvicinate, e di conseguenza una parte dell'intero volume non è disponibile al moto casuale: nell'equazione di stato, questo volume "proibito" (b) deve essere sottratto al volume del recipiente (V), ottenendo (V - nb). Il secondo termine correttivo, a/V², descrive una debole forza attrattiva fra le molecole, che aumenta quando V diminuisce, costringendo le molecole più vicine le une alle altre.

Transizioni di fase

A basse temperature (quindi in condizioni di scarsa mobilità molecolare), o ad alte pressioni, o a volumi ridotti (ridotto spazio intermolecolare), le molecole di un gas risentono maggiormente delle forze attrattive delle altre molecole.In determinate situazioni critiche, i legami diventano così intensi che l'intero sistema entra in uno stato caratterizzato da maggiore densità e acquista un volume proprio: in altre parole si verifica una transizione di fase dallo stato gassoso a quello liquido. Queste trasformazioni vengono descritte relativamente bene dalla legge di Van der Waals, che indica anche l'esistenza di un punto critico, al di là del quale la fase liquida e quella gassosa non sono distinguibili. Queste previsioni sono confermate dalle osservazioni sperimentali: tuttavia, nella maggior parte dei casi, lo studio di tali fenomeni richiede l'uso di formule più complicate della legge di Van der Waals.

Alessio Di Giorgio

                                                I gas

In fisica la parola gas indica uno dei tre stati di aggregazione in cui può presentarsi la materia, ciascuno caratterizzato da distinte proprietà microscopiche e macroscopiche.                                               Queste tre forme di materia sono rappresentate dai solidi, di forma ben definita, difficilmente deformabili, dai liquidi, che hanno volume proprio, ma assumono la forma del recipiente che li contiene, e dai gas, di densità inferiore a quella di liquidi e solidi, privi di volume definito, e che si espandono rapidamente riempiendo il volume dei loro contenitori.

LA LEGGE DI STATO DEI GAS PERFETTI

La teoria atomica della materia definisce gli stati di aggregazione o fasi in termini microscopici.                      Le molecole di un solido occupano posizioni fisse all'interno di un reticolo regolare e la loro libertà di movimento è limitata a piccole vibrazioni attorno ai siti reticolari. Al contrario, non vi è alcun ordine spaziale microscopico nei gas: le molecole si muovono a caso, trattenute solo dalle pareti del recipiente che lo contiene.                                                                                                 Le variabili macroscopiche che caratterizzano lo stato di un gas, quali pressione (P), volume (V) e temperatura (T), sono correlate per mezzo di relazioni empiriche.                                                                   La legge di Boyle stabilisce che in un gas, in condizioni di temperatura costante, il volume è inversamente proporzionale alla pressione; la legge di Gay-Lussac afferma che, a volume costante, la pressione è proporzionale alla temperatura assoluta. Combinando queste due leggi, si ottiene la legge generale, nota anche come equazione di stato dei gas perfetti: PV/T= R.

TEORIA CINETICA DEI GAS

L'avvento della teoria atomica permise di dare un'interpretazione teorica delle leggi empiriche che descrivono il comportamento dei gas: il volume rappresenta lo spazio disponibile al moto delle molecole; la pressione, che può essere misurata con un manometro fissato alla parete del contenitore, rappresenta la variazione media della quantità di moto delle molecole, che si verifica quando queste entrano in collisione con le pareti e vengono riflesse; la temperatura è proporzionale all'energia cinetica media delle molecole, cioè al quadrato della loro velocità media.                           La teoria che collega le proprietà dei gas alla meccanica classica prende il nome di cinetica dei gas; oltre a fornire l'interpretazione teorica dell'equazione di stato dei gas perfetti, essa consente di dedurre una serie di altre proprietà dei gas, come la legge di distribuzione delle velocità molecolari e le proprietà di trasporto.

Legge di Van der Waals

Il comportamento dei gas reali spesso si discosta anche sensibilmente da quanto previsto dall'equazione dei gas perfetti. Per fornire una buona descrizione dei gas reali sono state quindi proposte forme modificate della legge PV = nRT.                                                                    Particolarmente utile e molto nota è la legge di Van der Waals: (P + n²a/V²) (V - nb) = nRT, dove a e b non sono costanti universali, ma due parametri ai quali vanno assegnati di volta in volta valori opportuni, ottenibili sperimentalmente.                                                                                 Anche la legge di Van der Waals può essere interpretata a livello microscopico: le molecole interagiscono tra loro per mezzo di forze a corto raggio, che sono fortemente repulsive a piccola distanza, diventano debolmente attrattive a distanza media, e si annullano a grande distanz                               La repulsione tra molecole proibisce alle particelle di occupare posizioni particolarmente ravvicinate, e di conseguenza una parte dell'intero volume non è disponibile al moto casuale: nell'equazione di stato, questo volume "proibito" (b) deve essere sottratto al volume del recipiente (V), ottenendo (V - nb). Il secondo termine correttivo, a/V², descrive una debole forza attrattiva fra le molecole, che aumenta quando V diminuisce, costringendo le molecole più vicine le une alle altre.

Transizioni di fase

A basse temperature (quindi in condizioni di scarsa mobilità molecolare), o ad alte pressioni, o a volumi ridotti (ridotto spazio intermolecolare), le molecole di un gas risentono maggiormente delle forze attrattive delle altre molecole.                                                                                                                            In determinate situazioni critiche, i legami diventano così intensi che l'intero sistema entra in uno stato caratterizzato da maggiore densità e acquista un volume proprio: in altre parole si verifica una transizione di fase dallo stato gassoso a quello liquido. Queste trasformazioni vengono descritte relativamente bene dalla legge di Van der Waals, che indica anche l'esistenza di un punto critico, al di là del quale la fase liquida e quella gassosa non sono distinguibili. Queste previsioni sono confermate dalle osservazioni sperimentali: tuttavia, nella maggior parte dei casi, lo studio di tali fenomeni richiede l'uso di formule più complicate della legge di Van der Waals.

Nella fisica classica l'energia è definita come la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro e la misura di questo lavoro è a sua volta la misura dell'energia. Dal punto di vista strettamente termodinamico l'energia è definita come tutto ciò che può essere trasformato in calore a bassa temperatura.

La scienza, pur osservandone e calcolandone gli effetti, non ha ancora spiegato cosa sia l'energia. Richard Feynman (premio Nobel per la fisica nel 1965), affermava: "È importante comprendere che nella fisica non abbiamo nessuna idea di che cosa sia l'energia..."^[1] L'energia è una proprietà intrinseca e misurabile della materia in quanto inerente alla stessa esistenza fisica dei corpi. Per ogni corpo fisico vi è una quantità astratta chiamata energia che possiamo calcolare, e che rimane sempre costante, indipendentemente dal numero di cambiamenti che esso attraversa. A prescindere dalle trasformazioni subite da un corpo l'energia viene sempre conservata. Il concetto di energia nasce, nella meccanica classica, dall'osservazione sperimentale che la capacità di un sistema fisico di sviluppare una forza decade quando il sistema stesso stabilisce un'interazione con uno o più sistemi mediante la stessa forza. In questo senso l'energia può essere definita come una grandezza fisica posseduta dal sistema che può venire "consumata" per generare una forza. Dal momento che l'energia posseduta da un sistema può essere utilizzata dal sistema stesso per produrre più tipi di forze, si definisce una seconda grandezza, il lavoro appunto, che definisce il consumo di energia in relazione al processo fisico mediante il quale la forza è stata generata.

Indice [nascondi] 1 Origine del termine 2 Forme di energia 2.1 Fonti di energia elettrica 3 Unità di misura 4 Energia, calore e lavoro 5 Conservazione dell'energia 6 L'energia in fisica classica e in meccanica quantistica 7 Note 8 Bibliografia 9 Voci correlate 10 Altri progetti

Origine del termine [modifica]

La parola energia deriva dal tardo latino energīa, a sua volta dal greco ἐνέργεια (energheia), termine usato da Aristotele nel senso di azione efficace, composta da en, particella intensiva, ed ergon, capacità di agire.^[2]

Fu durante il Rinascimento che, ispirandosi alla poesia aristotelica, il termine fu associato all'idea di forza espressiva. Ma fu solo nel 1619 che Keplero usò il termine nell'accezione moderna di energia.

Forme di energia [modifica]

L'energia esiste in varie forme, ognuna delle quali possiede una propria equazione dell'energia. Le principali forme di energia (non tutte fondamentali) sono:^[3]

• Energia meccanica, definita classicamente come somma di energia potenziale e energia cinetica^[4]
• Energia chimica
  • Energia biologica
• Energia elettrica
• Energia elettromagnetica
  • Energia luminosa o radiante
  • Energia termica
• Energia nucleare.

Tali forme di energia possono essere trasformate l'una nell'altra, ma ogni volta che avviene tale trasformazione una parte di energia (più o meno consistente) viene inevitabilmente trasformata in energia termica (cioè si produce calore);^[5] si parla in questo caso di "effetti dissipativi".

Fonti di energia elettrica [modifica]

Per approfondire, vedi la voce centrale elettrica.

Consumo di energia nel mondo ripartito per nazione (dal 1989 al 1998).

Consumo delle fonti energetiche nel mondo con riferimento al tipo di fonte energetica (dati del 2004).

Spesso con la locuzione "energia" + aggettivo si intende la fonte di energia attraverso quale è possibile una produzione di corrente elettrica.

• Energia idraulica
• Energia mareomotrice
• Energia geotermica
• Energia eolica
• Energia solare
• Energia magnetica
• Energia potenziale
• Energy harvesting.

Con il termine energie rinnovabili si intendono quelle fonti di energia che non si esauriscono o si esauriscono in tempi che vanno oltre la scala dei tempi "umani" (ad esempio: energia solare, eolica, geotermica, mareomotrice), altrimenti si parla di energie non rinnovabili (ad esempio petrolio e carbone), mentre con il termine energie alternative si intendono le fonti di energia alternative ai classici combustibili o fonti fossili.^[3]

Unità di misura [modifica]

L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale per l'energia e il lavoro è il joule (pronuncia: /dʒau:l/; simbolo: J), chiamata così in onore del fisico inglese James Prescott Joule e dei suoi esperimenti sull'equivalente meccanico del calore. 1 joule esprime la quantità di energia usata (ossia il lavoro effettuato) per esercitare la forza di un newton per la distanza di un metro. 1 joule equivale quindi a 1 newton·metro, e in termini di unità base SI, 1 J è pari a 1 kg × m² × s⁻².

Nel CGS l'unità di misura per l'energia è l'erg, equivalente ad 1 dyne·centimetro e in termini di unità base CGS a 1 g × cm² × s⁻² (corrisponde a 10⁻⁷ J).

Altre unità di misura adottate per esprimere l'energia sono:

• elettronvolt = 1,602 176 46 · 10⁻¹⁹ J
• caloria = 4,186 799 940 9 J
• British thermal unit (BTU) = 1 055,06 J
• kilowattora = 3,6 · 10⁶ J

Energia, calore e lavoro [modifica]

La misurazione dell'energia permette di prevedere quanto lavoro un sistema è in grado di compiere. Svolgere un lavoro richiede energia, quindi la quantità di energia presente in un sistema limita la quantità massima di lavoro che il sistema può svolgere. Ad esempio nel caso di moto unidimensionale, l'applicazione di una forza per una distanza richiede un'energia pari al prodotto del modulo della forza per lo spostamento.

Si noti, comunque, che non tutta l'energia di un sistema è immagazzinata in forma utilizzabile, in quanto una parte è dispersa sotto forma di calore; quindi, in pratica, la quantità di energia di un sistema, disponibile per produrre lavoro, può essere molto meno di quella totale del sistema. Il rapporto tra l'energia utilizzabile e l'energia fornita da una macchina viene chiamato rendimento.^[5]

Conservazione dell'energia [modifica]

L'energia permette anche di fare altre previsioni. Infatti, grazie alla legge di conservazione dell'energia valida per sistemi chiusi, si può determinare lo stato cinetico di un sistema sottoposto ad una sollecitazione quantificabile. Questa e altre leggi, applicate all'universo nel suo intero, affermano che l'energia non si crea e non si distrugge, bensì si trasforma e si degrada, di conseguenza l'energia, come la massa, può essere definita una grandezza conservativa.

La celebre equazione di Einstein E=mc^2, diretta derivazione della Teoria della relatività ristretta, mostra come in realtà massa ed energia siano due "facce della stessa medaglia" di un sistema fisico. Da questa semplice equazione si evince infatti che la massa può essere trasformata in energia e viceversa; quindi la massa può essere considerata una forma di "energia condensata".

Quindi considerando anche il principio di conservazione della massa i due principi fisici possono essere fusi in un principio unico sotto la denominazione di principio di conservazione della massa/energia.

L'energia in fisica classica e in meccanica quantistica [modifica]

Nella fisica classica l'energia è una proprietà scalare continua immagazzinata da un sistema.

Nella meccanica quantistica invece l'energia è "quantizzata", cioè può assumere un numero discreto di valori (o "livelli energetici"), tutti multipli di un quanto di energia, il quale rappresenta la quantità più bassa di energia che può essere immagazzinata nel sistema.

Formule per convertire le temperature da/a kelvin

Conversione da	a	Formula
kelvin	Celsius	T(°C) = T(K) - 273,15
Celsius	kelvin	T(K) = T(°C) + 273,15
kelvin	Fahrenheit	T(°F) = (T(K) × 1,8) - 459,67
Fahrenheit	kelvin	T(K) = (T(°F) + 459,67) / 1,8

Energia termica

    



Di Giorgio Alessio






Energia termica






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L'energia termica è una forma di energia che è posseduta da tutti i corpi, i quali abbiano una temperatura superiore allo zero assoluto. Non tutta l'energia termica può essere trasformata in energia meccanica.L'energia termica di un sistema rappresenta l'energia cinetica media Ec delle particelle del sistema, che tiene conto dei movimenti di traslazione, di rotazione e di vibrazione delle particelle, ed cresceall'aumentaredellatemperatura.
Tutte le sostanze sono composte da molecole. Tali particelle sono legate tra loro da forze intramolecolari di intensità più o meno grande.
Nei solidi le molecole non sono immobili nello spazio, ma oscillano intorno una loro posizione di equilibrio. Esse sono, quindi, in continua agitazione. Tuttavia dei legami abbastanza forti le tengono unite tra loro, cosi la loro struttura risulta indeformabile: infatti tutti i solidi hanno una forma ed un volume proprio.L'oscillazione delle molecole è di ampiezza più o meno grande, secondo la quantità di energia termica che un corpo possiede. Per temperature elevate le oscillazioni sono più ampie, mentre a temperature inferiori corrispondono oscillazioni più ridotte.
Questo fatto spiega come la resistenza elettrica delle sostanze aumenti al crescere della temperatura: a temperature maggiori corrispondono oscillazioni di ampiezza maggiore delle molecole (o degli atomi), per cui le cariche responsabili della conduzione elettrica incontrano maggiore difficoltà nell'attraversare il materiale. Nei liquidi le molecole sono legate tra loro da forze più deboli e per tale ragione un liquido non possiede una forma propria.
Nei gas le molecole godono di un'estrema libertà di movimento. Esse si muovono in modo caotico e casuale, in modo tanto maggiore quanto più alta è la temperatura del gas. L'energia cinetica, associata alle oscillazioni o al movimento di tali molecole, e l'energia potenziale, dovuta alla loro posizione reciproca, costituiscono l'energia interna del corpo. Tale energia è indipendente dal fatto che il corpo, di cui le molecole sono il costituente fondamentale, sia nel suo complesso fermo o in movimento.Oltre la temperatura, una manifestazione importante dell'energia termica è il calore, trasferimento dell'energia termica tra due corpi. Il calore è il modo in cui due corpi possono scambiarsi energia termica.

Produzione dell'energia termica

L'energia termica può essere prodotta in grande quantità semplicemente attraverso le combustioni, oppure per mezzo di reazioni nucleari, o anche attraverso il passaggio di corrente elettrica attraverso un filo (cioè per effetto Joule), come avviene nelle stufe elettriche e in tutti gli elettrodomestici che sviluppano calore (lavatrice, forno elettrico, ecc). Due sono le fonti naturali di calore: il Sole e il sottosuolo. Un esempio è quando si fa passare corrente nella resistenza di uno scaldabagno e l'acqua si riscalda. Anche in questo caso si ha una trasformazione di energia: dalla forma elettrica alla forma termica. Il consumo dell'energia elettrica servita per alimentare la resistenza può essere misurato da un contatore elettrico, mentre l'energia termica acquistata dall'acqua può essere misurata da un termometro che registra l'aumento di temperatura. L'aumento di temperatura testimonia l'acquisizione di energia termica da parte delle sostanze.

Trasformazione in altre forme di energia










Centrale termica solare, per la conversione dell'energia termica solare in energia elettrica.

Trasformazione in energia elettrica

L'energia termica può trasformarsi in altre forme di energia. Si trasforma in energia elettrica nelle centrali termoelettriche, nelle centrali geotermiche e nelle centrali solari, come illustrato dall’ immagine precedente.



Trasformazione in energia potenziale

Riscaldando un gas a volume costante, aumenta l'energia cinetica media delle particelle che lo compongono, che così incrementano la pressione sulle pareti del recipiente che le contiene. Il gas ha acquisito energia potenziale, così è in grado di espandersi e poter compiere un lavoro. L'energia potenziale acquisita dal gas è dovuta all'energia termica somministratagli. Nel caso in cui il gas sia in grado di espandersi, compie un lavoro e così consuma parte dell'energia acquisita. L'acquisizione di energia termica da parte del gas viene confermata dall’aumento della sua temperatura.

Scala Kelvin

Di Giorgio Alessio

Scala Kelvin

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Disambiguazione – Se stai cercando informazioni sullo scienziato, vedi Lord Kelvin.

Il sistema di misurazione kelvin (simbolo K) della temperatura, è una delle sette unità base del Sistema internazionale di unità . Il kelvin è definito come 1/273,16 della temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua.Lo zero della scala kelvin è lo zero assoluto di temperatura.Con questa definizione,il kelvin è stato adottato nel 1954 come unità di temperatura del Sistema internazionale(SI).Prende il nome dal fisico ed ingegnere irlandese William Thomson, nominato barone con il nome di Lord Kelvin. Egli propose per primo questa definizione nel 1868, partendo dalla considerazione termodinamica che esiste una temperatura minima assoluta, lo zero assoluto. Per praticità è stata però mantenuta invariata, rispetto alla preesistente scala Celsius, la dimensione di una unità (Δ 1 K ≡ Δ 1 °C): in questo modo le differenze di temperatura nelle scale Celsius e kelvin sono numericamente uguali.

Formule per convertire le temperature da/a kelvin
Conversione da	a	Formula
kelvin	Celsius	T(°C) = T(K) - 273,15
Celsius	kelvin	T(K) = T(°C) + 273,15
kelvin	Fahrenheit	T(°F) = (T(K) × 1,8) - 459,67
Fahrenheit

L'energia

Nella fisica classica l'energia è definita come la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro e la misura di questo lavoro è a sua volta la misura dell'energia.