TECNOLOGIA: DOMANDE E RISPOSTE PER LA PREPARAZIONE AL COLLOQUIO ORALE
• ABITAZIONE, CITTA’, TERRITORIO
o Cosa deve possedere un’abitazione a risparmio energetico? Un’abitazione a risparmio energetico deve possedere pannelli solari per il riscaldamento dell’acqua ad uso sanitario e per l’impianto termico, pannelli fotovoltaici per l’autoproduzione di elettricità, un adeguato isolamento termico dei muri perimetrali, dei solai, del tetto (intercapedine con polistirolo, lana di roccia, lana di legno…) e degli infissi (doppi infissi), scaldabagno ben isolato, caldaia per il riscaldamento efficiente e ben isolata. I costi per ottenere un’abitazione di questo tipo possono essere consistenti ma rappresentano una forma di investimento che si ammortizza con il risparmio negli anni.
o Cos’è la classificazione energetica? Si riferisce solo agli edifici o anche agli elettrodomestici? Le classi energetiche degli edifici consentono di attribuire alle abitazioni una classe, dalla più virtuosa energeticamente, e quindi economicamente (A), alla più dispendiosa (G) in funzione del grado di isolamento termico e della qualità dell’impiantistica ad alta efficienza energetica. Forniscono informazioni sulla prestazione energetica ed il grado di efficienza di abitazioni e fabbricati. A garanzia della sua attendibilità, la certificazione energetica dovrà essere rilasciata da esperti o organismi terzi estranei alla proprietà.
Le classi di consumo energetiche sono anche una suddivisione della scala di consumi degli elettrodomestici normata dall'Unione europea. Indicano i consumi annuali espressi in kWh di un elettrodomestico tramite lettere dalla A+++ alla G. Le fasce di consumo corrispondenti a una classe variano a seconda del tipo di elettrodomestico.
o Cos’è una capriata e da che elementi è formata? La capriata è una struttura di sostegno delle copertura, utilizzata fin dal passato. E’spesso realizzata in legno, oppure in acciaio. Gli elementi inclinati, soggetti a compressione, si chiamano “puntoni”, l’elemento orizzontale che lega i puntoni si chiama “catena” ed è soggetto a trazione, l’elemento verticale si
chiama “monaco” e serve per dare stabilità alla capriata. Inoltre il monaco è collegato alla catena da una staffa che limita la flessione della catena, ma il monaco non deve poggiare sulla catena.
Possono essere inoltre presenti le “saette”
(o “saettoni”) che sostengono i puntoni limitandone la lunghezza libera di inflessione.
o Quali sono le principali tipologie di mattoni? I mattoni sono materiali ceramici che resistono bene alla compressione. Si distinguono principalmente mattoni pieni, semipieni e forati. I mattoni pieni sono parallelepipedi di dimensioni pari a circa 12,5x25x5,5 cm e servono per realizzare murature portanti. I mattoni semipieni hanno al loro interno dei fori (in percentuale non elevata) all’interno dei quali possono essere fatte passare delle barre di acciaio per migliorare la resistenza alle sollecitazioni di trazione e si utilizzano per murature portanti. I mattoni forati hanno una percentuale di fori superiore e si utilizzano per pareti divisorie. Esistono inoltre i mattoni refrattari che possono essere utilizzati per costruire forni e altoforni in quanto resistono ad alte temperature senza degradarsi.
o Cos’è il calcestruzzo armato? Il calcestruzzo armato è un materiale molto usato in edilizia per la realizzazione di strutture portanti, costituito dall’unione tra calcestruzzo e acciaio. Il calcestruzzo è costituito da cemento, sabbia, ghiaia e acqua in opportune proporzioni, resiste bene alla compressione. L’acciaio è una lega ferro e carbonio e resiste bene alla trazione. L’unione dei due materiali consente al calcestruzzo armato di resistere bene anche alle sollecitazioni di flessione (=trazione+compressione).
• MACCHINE SEMPLICI
o Cos’è una leva? Una leva è un’asta rigida che ruota intorno ad un punto fisso detto fulcro. Le forze applicate sono la potenza (forza motrice) e la resistenza (forza da vincere); la distanza tra il fulcro e il punto di applicazione della potenza si dice braccio della potenza, la distanza tra il fulcro e il punto di applicazione della resistenza si dice braccio della resistenza.
o Quando una leva si dice vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente? Una leva
si dice vantaggiosa quando il braccio della potenza è maggiore di quello della resistenza. Una leva si dice svantaggiosa quando il braccio della potenza è minore di quello della resistenza. Una leva si dice indifferente quando il braccio della potenza è uguale al braccio della resistenza.
o Qual è la legge di equilibrio delle leve? Possiamo esprimere la legge di equilibrio delle leve attraverso una proporzione o attraverso un’equazione. L’equazione afferma che il Momento della Potenza deve essere uguale al Momento della Resistenza, ossia il prodotto tra la Potenza e il suo braccio deve essere uguale al prodotto tra la Resistenza e il suo braccio: P x bP = R x bR. Scrivendo la stessa equazione sotto forma di proporzione si ottiene: P : R = bR : bP
o Quando una leva è di 1°, 2°, 3° genere? Una leva si dice di 1° genere (o interfissa) quando il fulcro è compreso tra la potenza e la resistenza e può essere vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente a seconda della lunghezza dei bracci.
Una leva si dice di 2° genere (o interresistente) quanto la resistenza è compresa tra il fulcro e la potenza ed è sempre vantaggiosa perché è sempre bP > bR.
Una leva si dice di 3° genere (o interpotente) quando la potenza è compresa tra il fulcro e la resistenza ed è sempre svantaggiosa perché è sempre bP < bR.
o Quali sono le principali macchine derivate dalle leve? Sono: carrucole fisse e mobili, verricello, argano.
o Descrivi la carrucola fissa e la carrucola mobile. La carrucola fissa è costituita da un disco di legno o di metallo attorno alla cui circonferenza c’è una scanalatura (gola) nella quale scorre una fune (o una catena) cui è collegato da un lato il peso da sollevare (resistenza), dall’altro la forza (potenza). Al centro del disco c’è un perno attorno al quale può ruotare la carrucola; ad esso è collegata una staffa che sostiene la carrucola, e rappresenta il fulcro. Si tratta di una leva di 1° genere indifferente perché bP = bR = raggio della carrucola. Nella carrucola mobile il peso (resistenza) è collegato al perno centrale, un lembo della fune è collegato al sostegno mentre all’altro si applica la potenza. La carrucola è libera di ruotare,
spostandosi. Si tratta di una leva di 2° genere vantaggiosa perché bP = diametro della carrucola, bR = raggio della carrucola, quindi bP=2bR.
o Cos’è il verricello? E’una macchina derivata dalle leve utilizzata per sollevare carichi.
E’costituito da un cilindro detto “tamburo” intorno al quale si avvolge una fune o una catena cui viene appeso il carico da sollevare (resistenza) e da una manovella imperniata all’asse del tamburo sui cui agisce la potenza. Poiché la manovella è sempre più lunga del raggio del tamburo (=bR), risulta che bP > bR, quindi è una leva di 1° genere (il fulcro è in corrispondenza dell’asse del tamburo) vantaggiosa.
o Cos’è l’attrito? Di quali tipologie può essere? L’attrito è una forza che oppone una
certa resistenza al movimento. Può essere radente (o di strisciamento) quando due superfici piane sono a contatto e strisciano l’una sull’altra. Può essere volvente (o di rotolamento) quando almeno una delle due superfici a contatto è curva; questo tipo di attrito è minore di quello radente. In generale, per ridurre l’attrito può essere usato un lubrificante oppure si può trasformare l’attrito da radente a volvente inserendo cuscinetti a sfera o rulli (es. trapano).
• ENERGIA E LAVORO
o Cos’è l’energia? L’energia è la capacità di compiere un lavoro.
o Qual è l’unità di misura dell’energia e come si definisce? L’unità di misura dell’energia è il Joule (J) e si definisce come il lavoro effettuato da una forza dell’intensità di 1N per spostare il suo punto di applicazione di 1 m: 1J = 1N x 1m
o Cos’è il lavoro? Il lavoro è il prodotto di una forza (F) per lo spostamento da essa prodotto (s): L = F x s
o Qual è l’unità di misura del lavoro? E’sempre il Joule, infatti la forza F si misura in N e lo spostamento s in metri.
o Cosa dice il principio di conservazione dell’energia? L’energia non si crea e non si distrugge ma si trasforma da una forma all’altra.
o Cos’è il rendimento di una macchina? Il rendimento è il rapporto tra l’energia ottenuta e l’energia utilizzata da una macchina. E’sempre minore di 1, poiché in ogni macchina c’è sempre una perdita di energia sotto forma di calore.
o Cos’è l’energia meccanica potenziale gravitazionale? Qual è la formula? E’ l’energia posseduta dai corpi che si trovano ad una certa altezza e potrebbero cadere verso il basso attratti dalla forza di gravità. La formula è la seguente: Ep = m x g x h dove m è la massa (kg), g è l’accelerazione di gravità (valore fisso pari a 9,8 m/s2), h è l’altezza (m).
o Cos’è l’energia meccanica potenziale cinetica? Qual è la formula? E’ l’energia posseduta dai corpi che si spostano e sono dotati di una certa velocità. La formula è la seguente: EC = ½ x m x v2 dove m è la massa (kg), v è la velocità (m/s).
o Cos’è l’energia meccanica in generale? L’energia meccanica è la somma tra energia potenziale e energia cinetica: EM = EP + EC. Se un corpo si sta muovendo ad una certa altezza sono presenti entrambe le forme. Se un corpo è fermo ad una certa altezza c’è solo energia potenziale. Se un corpo è in movimento ad un’altezza ipotizzata pari a 0 c’è solo energia cinetica.
• FONTI DI ENERGIA E CENTRALI ELETTRICHE
o Quali sono i principali elementi di una centrale elettrica? Una centrale produce energia elettrica trasformando l’energia proveniente da una fonte (es. l’energia chimica dei combustibili, l’energia meccanica dell’acqua…). In tutti i casi l’energia arriva alle macchine
motrici, le turbine, che alimentano le macchine generatrici, i generatori di corrente alternata o alternatori. L’energia così prodotta passa ad un trasformatore che eleva i valori della tensione per renderla trasportabile. Nei pressi degli utilizzatori (abitazioni, fabbriche..) altre cabine di trasformazione abbassano i valori della tensione per renderla idonea all’utilizzo: es. 220-230V nelle case, 380V nelle fabbriche.
o Quali sono i tipi di turbine? Le turbine trasformano
l’energia cinetica o termica di un fluido (acqua o vapore) in energia meccanica. Si distinguono quindi turbine idrauliche e turbine a vapore. Le turbine idrauliche ricordano le vecchie ruote dei mulini e sono costituite da una girante munita di pale sulle quali agisce la massa d’acqua e dal distributore, fisso, che invia l’acqua alle pale. I principali tipi sono: turbina Pelton, adatta ad altissime cadute (400m-2000m); turbina Francis, adatta a salti d’acqua medi e piccoli (20m-400m) con alte portate (20-300 m3/s); turbina Kaplan (generalmente ad asse verticale), adatta a piccoli salti (2m-20m) con portate superiori a 300 m3/s. Le turbine a vapore forniscono maggiore potenza con minor ingombro e minor peso; possiedono anch’esse distributore e girante, ma sulla girante sono posizionate numerose palette: il distributore trasforma l’energia del vapore in energia cinetica e convoglia il vapore nella corona palettata della girante.
o Quali sono le fonti non rinnovabili e le fonti rinnovabili? Le fonti non rinnovabili sono fonti consumate con tanta rapidità che è impossibile che si ricostituiscano con gli stessi lentissimi processi naturali che le hanno prodotte: sono i combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale) e l’uranio (considerata fonte non rinnovabile “alternativa” a quelle tradizionali – i combustibili fossili.) Le fonti rinnovabili sono considerate praticamente inesauribili e sono: il sole e inoltre il vento, la geotermia, l’acqua, le biomasse (fonti che indirettamente derivano dal sole).
COMBUSTIBILI FOSSILI
o Cosa sono i combustibili fossili? Quali sono? I combustibili fossili sono fonti di energia formatesi nel corso di milioni di anni in seguito alla lenta decomposizione di organismi animali e vegetali, in condizioni di assenza di ossigeno, forti pressioni, temperature elevate. Si trovano sepolti nel sottosuolo e possiedono al loro interno energia chimica stabilizzata che si trasforma in energia termica durante la combustione. Il loro valore dipende dall’impatto ambientale e dal potere calorifico. Possono essere solidi (carbone), liquidi (petrolio), gassosi (gas naturale o metano).
o Cos’è il carbone? Come si estrae? Il carbone è un combustibile solido naturale ricco di carbonio, formatosi circa 300 milioni di anni fa, nel periodo Carbonifero, dalla fossilizzazione di intere foreste. Si può estrarre in miniere a cielo aperto (nel caso di giacimenti superficiali) o in miniere sotterranee a tunnel.
o Quali sono le tipologie di carbone? A seconda dell’età di formazione e della percentuale di carbonio si distinguono (dal più recente, superficiale e meno ricco di carbonio al più antico, profondo e ricco di carbonio) 4 tipi di carbone: torba (usato attualmente come correttivo dei terreni), lignite, litantrace (da cui si ricava il coke metallurgico), antracite.
o Cos’è il petrolio? Il petrolio è un combustibile liquido formatosi circa 65 milioni di anni fa per lenta decomposizione di vegetali e animali marini, rimasti imprigionati in sacche sotterranee delimitate da rocce impermeabili. E’ un liquido denso e viscoso di colore nerastro composto principalmente da idrocarburi. Si
utilizza, greggio o nei suoi derivati, per il riscaldamento, per il funzionamento dei motori, per l’industria chimica (es. produzione di materie plastiche, cosmetici, medicinali, ecc.).
o Come si chiama la ricerca dei giacimenti di petrolio? Come avviene l’estrazione? La ricerca dei giacimenti si chiama “prospezione” e per individuare le trappole petrolifere si utilizza il metodo sismico a riflessione: un dispositivo emette onde sismiche nel sottosuolo e in base ai tempi di ritorno delle onde un software è in grado di ricostruire il profilo delle rocce che gli specialisti sono in grado di associare o meno ad una trappola petrolifera. Si scavano quindi i pozzi di prospezione e se giudicato conveniente lo sfruttamento del giacimento si passa all’estrazione: uno scalpello rotante, collegato al motore da un sistema di aste via via allungato, perfora le rocce. Le aste sono sostenute da una torre metallica detta “derrick”. Giunti al giacimento al posto dell’asta si inserisce un tubo attraverso il quale il petrolio esce prima spontaneamente, spinto dalla pressione, poi mediante pompaggio. La fuoriuscita del petrolio è regolata da un sistema di valvole chiamato “albero di Natale”.
o Come avviene il trasporto del petrolio? Cos’è la distillazione frazionata o cracking? Il petrolio viene trasportato in raffineria via terra, tramite oleodotti (lunghi anche migliaia di km), o tramite navi cisterna o navi petroliere.
o Cos’è la distillazione frazionata o cracking? Il petrolio in raffineria subisce un processo d etto distillazione frazionata o cracking che consiste nel riscaldare il petrolio fino all’ebollizione in un forno, separandone i diversi componenti, in una torre ad esso collegata, in base alle loro diverse temperature di ebollizione. La torre è suddivisa in piatti, corrispondenti ciascuno ad una determinata temperatura, sempre più bassa salendo verso l’alto. Dai 360°C ai 300°C si ottengono idrocarburi solidi, i bitumi e olio combustibile pesante; dai 270°C fino ai 70°C si ottengono idrocarburi liquidi, rispettivamente gasolio, cherosene, benzine ; intorno ai 20°C si ottengono combustibili gassosi, metano, propano, ecc.
o Cos’è il metano? Come si ricava e come si trasporta? Il metano o gas naturale è un combustibile gassoso che brucia con una combustione completa e senza scorie, con poche sostante inquinanti. E’ più leggero dell’aria, non ha colore né odore. Si utilizza nel settore domestico per i fornelli, per il riscaldamento e per l’acqua calda, nel settore industriale come combustibile, nelle industrie chimiche come materia prima, nei trasporti come carburante. Si utilizza anche nelle centrali termoelettriche per produrre elettricità. La sua estrazione è simile a quella del petrolio. Il trasporto può avvenire tramite metanodotti o gasdotti oppure tramite navi metaniere nelle quali viene trasportato liquefatto ad una temperatura di -160°C. Dai grandi condotti può essere distribuito agli utenti con un sistema a “rete” costituito da tubazioni più piccole.
o Quali sono i principali elementi di una centrale termoelettrica e come funziona? Nelle centrali termoelettriche si utilizzano come fonte energetica i combustibili fossili, in particolare carbone o nafta. Le parti che costituiscono la centrale sono: caldaia, turbina a vapore, alternatore, trasformatore. L’energia termica sviluppata dalla combustione riscalda l’acqua della caldaia, che diventa vapore. Il vapore, ad alta temperatura e pressione, giunge alle pale della turbina e la mette in funzione, effettuando la trasformazione in energia meccanica. La turbina, collegata mediante un albero rotante all’alternatore, lo mette in funzione e produce elettricità. Il vapore viene poi raffreddato nel condensatore, per tornare allo stato liquido ed essere recuperato come acqua per la caldaia.
ENERGIA NUCLEARE
o Cos’è l’energia nucleare? E’l’energia contenuta in grandissime quantità nei nuclei degli atomi. In natura esistono infatti elementi non stabili che emettono spontaneamente radioattività (particelle ed energia), come ad esempio l’uranio.
o Cos’è la fissione nucleare? L’isotopo di uranio 235 è “fissile”, poiché se colpito da un neutrone veloce (ad alta energia) si spezza in due nuclei più piccoli, radioattivi, e libera calore e altri neutroni. Questi altri neutroni emessi nella fissione vanno a colpire nuovi nuclei di uranio e generano una reazione a catena.
Ad ogni passaggio cresce la quantità di energia che si libera sottoforma di calore, secondo l’equazione di Einstein E = m x
c2(con m = massa delle particelle, c = velocità della luce = 300000 km/s).
o Come funziona una centrale termonucleare? La fonte di calore è prodotta dalla fissione dei nuclei di uranio 235. La reazione si realizza all’interno del nocciolo del reattore: l’uranio è qui contenuto in migliaia di elementi incamiciati in turbi di acciaio, immersi in un liquido refrigerante. Nel nocciolo sono contenute anche le barre di controllo di boro e cadmio, che possono frenare o arrestare la reazione, in quanto efficaci assorbitrici di neutroni. Il calore prodotto viene utilizzato per far ruotare la turbina, collegata all’alternatore per la produzione di energia elettrica, come nelle centrali termoelettriche.
o Quali sono gli effetti sull’ambiente? Il primo problema è quello della sicurezza degli impianti, legato alla possibilità di controllo della reazione a catena: un possibile danno all’impianto può far sfuggire radioattività nell’ambiente con effetti che possono
essere devastanti. Il secondo problema è quello delle scorie: dopo un certo periodo il combustibile esaurisce la sua capacità di produrre energia, ma rimane radioattivo ed il suo smaltimento risulta difficoltoso; esistono scorie “a basso livello di attività”, per le quali si utilizzano depositi superficiali protetti all’interno di apposite strutture (tempi di decadimento 30 anni); scorie “a media attività” (tempi di decadimento fino a 2300 anni) e scorie “ad alta attività” (tempi di decadimento dell’ordine delle migliaia di anni) per le quali si deve ricorrere a depositi geologici, ossia allo stoccaggio in bunker sotterranei schemati (dopo circa 5-10 anni in cui vengono conservate in piscine presenti all’interno delle centrali).
ENERGIA SOLARE
o Cos’è l’energia solare? Quali sono i suoi vantaggi e i suoi svantaggi? L’energia solare è l’energia emessa dal sole sottoforma di onde elettromagnetiche. E’una fonte rinnovabile e ha il vantaggio di essere disponibile in misura praticamente illimitata e di non inquinare l’ambiente. Gli svantaggi sono la discontinuità, dovuta all’alternanza del giorno e della notte, al ciclo delle stagioni e alla variabilità delle condizioni meteorologiche, che obbliga ad utilizzare sistemi di accumulo di energia e la bassa densità energetica che rende necessario l’impiego di vasti spazi, con elevati costi di impianto, sottrazione di aree all’agricoltura e agli insediamenti umani e modifiche del paesaggio.
o Quali metodi si utilizzano per sfruttare l’energia del sole? Si utilizzano il metodo termodinamico e il metodo fotovoltaico.
o Descrivi il metodo termodinamico. Sfrutta l’effetto termico della radiazione solare, captata da appositi pannelli che riscaldano un fluido (acqua o aria). Può essere direttamente usato nelle abitazioni o nelle industrie per riscaldare l’acqua ad uso sanitario o per il riscaldamento.
o Descrivi il metodo fotovoltaico. Sfrutta l’effetto fotoelettrico della radiazione solare per convertire, mediante le celle fotovoltaiche (fatte in silicio mono o policristallino, materiale semiconduttore), l’energia solare in energia elettrica. Più celle fotovoltaiche sono collegate in serie a formare un modulo. Più moduli sono riuniti in
pannelli, schermati da lastre di vetro e materiali sigillanti di protezione. I pannelli fotovoltaici producono corrente continua, che negli impianti domestici o industriali viene convertita in corrente alternata tramite un apparecchio detto inverter.
o Come funziona una centrale solare? Esistono due tipi di centrali solari. La centrale termodinamica capta l’energia solare mediante un sistema di grandi specchi orientabili (eliostati) che concentrano i raggi solari su una caldaia posta sulla sommità di una torre; nella caldaia si genera calore che viene inviato ad una turbina. La centrale fotovoltaica utilizza pannelli fotovoltaici collegati tra loro per generare corrente elettrica.
o Quali sono gli effetti sull’ambiente? Le centrali sono ingombranti:
sottraggono vaste aree all’agricoltura e agli insediamenti umani e modificano il paesaggio. Tuttavia non scaricano fumi nell’atmosfera e non inquinano le acque.
ENERGIA IDRICA
o Cos’è l’energia idrica? E’una fonte di energia rinnovabile che si basa sul movimento di grandi masse d’acqua originato principalmente dal naturale ciclo dell’acqua, sul quale interviene l’uomo: quando una diga sbarra un corso d’acqua ad una certa quota, si forma un bacino d’acqua che possiede una certa energia potenziale.
Se l’acqua viene fatta scendere a valle si trasforma in energia cinetica sfruttata per la rotazione di una turbina.
o Come funziona una centrale idroelettrica a bacino? L’acqua viene fatta scendere dal bacino attraverso un canale di derivazione in una condotta forzata, che scendendo a valle convoglia l’acqua ad alta pressione alla centrale. L’acqua fa ruotare le pale di una turbina (Pelton, Francis, Kaplan, a seconda del salto d’acqua e della portata), accoppiata all’albero di un alternatore che converte l’energia meccanica in energia elettrica.
o Come funziona una centrale di pompaggio? Sono presenti due bacini, uno a monte e uno a valle, collegati da tubazioni. Il funzionamento è identico a quello della centrale a bacino, ma quando c’è minor richiesta di elettricità (es. di notte), l’acqua del bacino inferiore viene pompata tramite le tubazioni al bacino superiore, che viene così ricaricato (e il generatore funziona in questo caso da motore).
o Quali sono gli effetti sull’ambiente? Le centrali idriche possono alterare il clima circostante generando ad esempio nebbie persistenti. Tuttavia, non emettono né fumi né scorie.
ENERGIA EOLICA
o Cos’è l’energia eolica? Quali sono i suoi svantaggi? E’l’energia che sfrutta l’intensità del vento: l’energia cinetica del vento viene sfruttata per mettere in funzione eliche o ruote, la cui energia meccanica si può trasformare in energia elettrica. Tra gli svantaggi ci sono l’instabilità di intensità e direzione del vento e la necessità di grandi masse d’aria per ricavare potenze anche piccole.
o Come funziona una centrale eolica? Si utilizzano gli aerogeneratori, macchinari derivanti dai tradizionali mulini a vento e costituiti da un rotore, formato da alcune pale fissate su un mozzo. Il rotore, tramite un moltiplicatore di giri, aziona un albero veloce che alimenta un generatore elettrico. Gli aerogeneratori possono essere ad asse orizzontale, ma esistono anche aerogeneratori ad asse verticale.
o Quali sono gli effetti sull’ambiente? Gli aerogeneratori sono alti circa 50 m e hanno pale lunghe 20 m. Per ottenere una potenza discreta ne servono molti, perciò si devono impiegare vaste aree come per le centrali solari. Sono inoltre rumorosi e possono interferire con la migrazione dei volatili.
ENERGIA GEOTERMICA
o Cos’è l’energia geotermica? E’il calore naturale della Terra: in alcune zone, anche a profondità modeste, si possono trovare temperature molto elevate. Se le acque sotterranee vengono in contatto con le rocce calde, arrivano ad ebollizione e si trasformano in vapore, che fuoriesce attraverso spaccature del terreno. Il vapore può essere inviato ad una turbina per la produzione di energia elettrica, oppure l’acqua calda può essere portata in superficie per il riscaldamento degli edifici.
o Come funziona una centrale geotermica? Si sfrutta direttamente il vapore proveniente dal sottosuolo per far ruotare una turbina, collegata all’alternatore. Il vapore può essere poi ricondensato e inviato al sottosuolo o a corsi d’acqua.
o Quali sono gli effetti sull’ambiente? Riscaldano le acque dei bacini in cui scaricano i vapori, danneggiandone flora e fauna. Pur non emettendo fumi e scorie, alterano il paesaggio con le loro enormi torri di raffreddamento.
ENERGIA DELLE BIOMASSE
o Cosa sono le biomasse? Le biomasse sono sostanze organiche che derivano direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana. Si ricavano da foreste, colture, residui dell’industria agroalimentare e agroindustriale, componenti organiche della raccolta differenziata.
o Quali sono i biocombustibili? Sono combustibili solidi, liquidi o gassosi derivanti direttamente dalle biomasse, oppure ottenuti da processi di trasformazione chimica di materiale organico. I principali sono biodiesel, bioetanolo, biogas.
SVILUPPO SOSTENIBILE E IMPATTO AMBIENTALE
o Cos’è lo sviluppo sostenibile? E’una forma di sviluppo che non compromette la possibilità delle future generazioni di perdurare nello sviluppo, preservando la qualità e la quantità del patrimonio e delle riserve naturali, senza alterare cioè gli ecosistemi e le biodiversità.
o Cos’è il Protocollo di Kyoto? E’un accordo internazionale stipulato nel 1997 da 169 nazioni che si
impegnarono a ridurre le emissioni di gas serra per rimediare ai cambiamenti climatici in atto. Grandi assenti, nonostante il ripensamento del 2004, gli Stati Uniti.
o Cos’è l’impatto ambientale e come si può valutare? L’impatto ambientale è l’insieme delle conseguenze che un qualunque evento può avere sull’ambiente. Si può analizzare tramite la “Valutazione di impatto ambientale o VIA”, strumento della pubblica amministrazione finalizzato a individuare, descrivere e valutare gli effetti dell’attuazione o meno di un determinato progetto, considerando la popolazione umana, la flora, la fauna, il suolo, i fattori climatici, il paesaggio, i beni materiali ed il patrimonio culturale, tenendo conto di costi e benefici. Si può inoltre calcolare “l’impronta ecologica”, ossia fare una stima del potenziale massimo naturale di produzione che un determinato ecosistema possiede e di metterlo in relazione con i reali consumi della popolazione del territorio preso in esame.
o Cos’è l’effetto serra? E’ un fenomeno naturale che regola la capacità dell’atmosfera terrestre di trattenere o meno l’energia che proviene dal sole, attraverso una membrana semi trasparente costituita dai gas serra (principalmente vapore acqueo, anidride carbonica, metano, ossido di diazoto, ed ozono) che
“intrappolano” i raggi solari. Le radiazioni del sole penetrano lo strato composto da gas serra e raggiungono la superficie del pianeta che in parte riflette queste radiazioni e in parte le trattiene, riscaldandosi.
La radiazione elettromagnetica emessa dal Sole viene cioè "imprigionata" sotto forma di calore sulla superficie del pianeta e
nell’atmosfera: si ottiene così un
“equilibrio climatico” che consente di raggiungere sulla Terra una temperatura media che supera il punto di congelamento dell'acqua, ovvero un valore che può consentire la vita. Oggi fattori come la crescita della popolazione, l’utilizzo dei combustibili fossili e la deforestazione stanno poco a poco modificando la concentrazione dei gas serra nell’aria, determinando un eccesso in qualità e quantità di sostanze come l’anidride carbonica e il gas metano. Il risultato che ne consegue è l’alterazione del delicato equilibrio climatico che regola la temperatura terrestre e il riscaldamento globale del pianeta.
• ELETTRICITA’
o Cos’è la corrente elettrica? E’un flusso costante ed ordinato di elettroni.
o Cos’è la corrente continua e la corrente alternata? Quando gli elettroni si muovono sempre nello stesso verso e con intensità costante si parla di corrente continua. Quando il flusso cambia periodicamente il suo verso e gli elettroni si spostano alternativamente prima verso destra e poi verso sinistra si parla di corrente alternata. Negli impianti cittadini la corrente alternata arriva con una frequenza di 50 Hz.
o Qual è la differenza tra conduttori e isolanti? Nei materiali conduttori gli elettroni non sono saldamente collegati al nucleo e si possono allontanare facilmente dall’atomo di appartenenza circolando liberamente nel materiale. Esempi di materiali in grado di trasmettere corrente elettrica sono i metalli (rame, alluminio..).
Nei materiali isolanti gli elettroni sono saldamente attaccati al nucleo e non se ne staccano facilmente. Tali materiali non si lasciano attraversare dalla corrente e sono ad esempio la plastica, il legno, il vetro, la porcellana.
o Com’è fatta la pila di Volta? E’costituita da una serie di dischetti di rame alternati a dischetti di zinco, separati da dischetti di panno imbevuti di acido solforico diluito, impilati. Tra il primo dischetto di rame in alto e l’ultimo dischetto di zinco in basso si genera una differenza di potenziale, tale che, collegando i due dischetti con un filo conduttore, questo viene percorso da corrente elettrica.
o Com’è fatta una pila a secco? Nella pila a secco, il polo positivo o catodo è costituito da un cilindretto di carbone di storta immerso in biossido di manganese; il polo negativo o anodo è costituito da un involucro di zinco all’interno del quale c’è una soluzione elettrolitica a base di cloruro di ammonio.
o Quali sono i principali componenti di un circuito elettrico? Sono il generatore di corrente, cioè la sorgente di energia che fa muovere gli elettroni (es. pila); l’utilizzatore, che trasforma l’energia elettrica in un’altra forma di energia (es. lampadina); due fili conduttori, uno di andata (dal generatore all’utilizzatore), uno di ritorno (dall’utilizzatore al generatore); elementi accessori come l’interruttore, elementi di protezione, di regolazione, di misurazione ecc.
o Quando un circuito si dice “aperto” e quando “chiuso”? Un circuito è aperto quando l’interruttore è aperto quindi non passa la corrente elettrica (“off”); un circuito è chiuso quando l’interruttore è chiuso, quindi passa la corrente elettrica (“on”).
o Che differenza c’è tra verso “reale” e verso “convenzionale” della corrente? Il verso “reale” è diretto dal polo negativo al polo positivo, perché gli elettroni hanno carica negativa e sono attratti dal polo positivo; il verso “convenzionale” è diretto dal polo positivo al polo negativo ed è contrario al movimento degli elettroni perché così ipotizzato prima di conoscere la reale struttura della materia.
o Descrivi le tre grandezze elettriche (tensione, intensità, resistenza), l’unità di misura e lo strumento per misurarle. Tensione o differenza di potenziale V: è la forza che spinge gli elettroni nel circuito; si misura in Volt (V) e lo strumento per misurarla è il Voltmetro. Intensità di corrente: è la quantità di corrente elettrica che passa per la sezione di un conduttore nell’unità di tempo; si misura in Ampère (A) e lo strumento per misurarla prende il nome di Amperometro. Resistenza: è la forza che si oppone al passaggio degli elettroni; si misura in Ohm (Ω) e lo strumento prende il nome di Ohmmetro.
o Spiega la Prima Legge di Ohm. Se agli estremi di un circuito di resistenza R applichiamo una tensione V, l’intensità di corrente che circola nel circuito sarà direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza.
o Spiega la Seconda Legge di Ohm. La resistenza elettrica cresce al crescere della resistività del materiale ed è inoltre direttamente proporzionale alla lunghezza del filo e inversamente proporzionale alla sezione del filo conduttore.
o Cos’è la potenza elettrica? E’il lavoro compiuto dalla corrente elettrica in un secondo. Dipende dalla tensione che alimenta un circuito e dall’intensità di corrente: . Si misura in Watt e lo strumento di misura è il Wattmetro. L’energia consumata da un utilizzatore di 1KW in un’ora (assorbimento di energia) si misura con il contatore elettrico (in Kilowattora).
o Come funzionano i collegamenti in serie degli utilizzatori? Più utilizzatori sono collegati in serie quando sono montati uno dopo l’altro in modo da essere attraversati tutti dalla stessa intensità di corrente. La tensione si suddivide proporzionalmente tra gli utilizzatori e la resistenza totale è la somma delle singole resistenze. Se un utilizzatore smette di funzionare, si spengono anche gli altri utilizzatori perché il circuito si interrompe: questo tipo di collegamento è pertanto poco usato.
o Come funzionano i collegamenti in parallelo degli utilizzatori? Più utilizzatori sono collegati in parallelo se hanno gli estremi in comune, ciascuno dei quali arriva al generatore. In questo caso gli utilizzatori sono attraversati dalla stessa tensione (pari a quella del generatore), mentre l’intensità di corrente si suddivide tra gli utilizzatori in maniera inversamente proporzionale alla loro resistenza. La resistenza totale è sempre minore di ciascuna resistenza collegata. Se le resistenze degli utilizzatori sono uguali, la resistenza totale è pari al valore di una resistenza divisa per il numero delle resistenze. In questo collegamento ogni utilizzatore funziona in maniera indipendente dagli altri, quindi è il collegamento più usato negli impianti delle abitazioni e delle industrie.
