Le energie rinnovabili

L'energia idroelettrica è prodotta dalla caduta delle acque di fiumi e torrenti, raccolte in grandi bacini artificiali, creati sbarrando le valli con le dighe. L’acqua mette in rotazione le turbine collegate ai generatori elettrici. Gli impianti di trasformazione dell’energia elettrica si chiamano centrali idroelettriche. L'energia geotermica, purché piova, è praticamente inesauribile e il suo sfruttamento non produce emissioni di gas che causano l’effetto serra. In una centrale geotermoelettrica il vapore naturale fa muovere una turbina collegata a un alternatore che genera corrente elettrica. L’energia solare è pulita e inesauribile, distribuita su tutto il globo terrestre. Per la produzione di calore a basse temperature (inferiori ai 100 °C) si utilizzano pannelli solari, si possono così produrre acqua calda per usi sanitari e aria calda per usi agricoli e industriali. Le celle fotovoltaiche trasformano direttamente l’energia luminosa dei raggi solari in energia elettrica. La produzione di calore ad alta temperatura avviene nelle centrali solari. La macchina che trasforma l’energia del vento in energia elettrica è il generatore eolico. Le pale trasformano parte dell’energia cinetica del vento in energia meccanica. Il rotore aziona il generatore elettrico. I metodi più efficaci per ricavare energia dall’oceano sono: sfruttare il movimento delle onde; sfruttare le maree; sfruttare direttamente la grande quantità di energia termica immagazzinata negli oceani. Le biomasse si ottengono sia dagli scarti e dai residui delle attività agricole, sia da coltivazioni indirizzate alla produzione di energia. I rifiuti organici degli animali e gli scarti dei prodotti agricoli, se sottoposti a fermentazione, producono biogas. Il bioetanolo è un combustibile a base alcolica prodotto dalla fermentazione e dalla distillazione della biomassa. Il biodiesel è un combustibile sicuro e biodegradabile e può contribuire a ridurre l’inquinamento dell’aria. Può essere prodotto da oli vegetali e da grassi riciclati. Gli oli vegetali vengono estratti da semi di mais, girasole, colza, soia e altri ancora. Lo smaltimento dei rifiuti mediante una combustione ad alta temperatura (incenerimento) può fornire energia elettrica e anche calore. L'idrogeno non è una forma di energia primaria, bensì un vettore energetico, cioè uno strumento per trasportarla. Nei prossimi anni si prevede un utilizzo sempre maggiore dell’idrogeno sui mezzi di trasporto, grazie all’utilizzo della cella a combustibile.

Le caratteristiche dell’energia elettrica

L’energia elettrica deriva dalla trasformazione di altre forme di energia. È un’energia pulita, che può essere facilmente ritrasformata in altre forme di energia. L’elettricità è un fenomeno fisico dovuto alla presenza di cariche elettriche. La materia è formata da molecole, e le molecole da atomi. Per rappresentare la struttura dell’atomo si può usare un modello: al centro c’è il nucleo, nel quale si trovano due tipi di particelle, i neutroni e i protoni, mentre attorno al nucleo ruotano altre particelle chiamate elettroni. I protoni hanno carica elettrica positiva, gli elettroni hanno carica elettrica negativa, i neutroni non hanno carica elettrica. In alcuni elementi come i metalli gli elettroni sono liberi di spostarsi. Se si applica a questi elementi una tensione elettrica, le cariche si spostano e si dice che questi elementi sono conduttori di elettricità. Al contrario, gli elementi in cui ciò non accade sono detti isolanti. I metalli sono buoni conduttori, mentre il vetro, la plastica, la gomma e il legno sono isolanti.

Tensione e corrente elettrica

Se abbiamo due oggetti conduttori, di cui uno con carica elettrica positiva e l’altro con carica elettrica negativa, possiamo dire che fra loro esiste una differenza di potenziale elettrico, comunemente chiamata tensione elettrica. La tensione elettrica si misura in volt. Se colleghiamo i due oggetti con un filo di metallo, le cariche passeranno dall’uno all’altro fino a stabilizzarsi, ma se aggiungiamo tra i due oggetti uno strumento capace di generare cariche elettriche, queste continueranno a passare da un oggetto all’altro. Questo tipo di strumento si chiama generatore elettrico. Le pile sono generatori di corrente che utilizzano reazioni chimiche per fornire energia elettrica. Ai due estremi sono presenti cariche elettriche di segno diverso. Se si uniscono i due estremi, chiamati elettrodi, con un filo di metallo, attraverso di esso inizia a passare corrente.

Magnetismo ed elettromagnetismo

In una calamita esistono due zone chiamate poli magnetici, in cui si avverte molto la forza magnetica. Se si avvicinano due calamite, i poli con lo stesso segno si respingono, mentre i poli con segno opposto si attraggono. Una calamita genera attorno a sé un campo magnetico. Anche un filo percorso da una corrente elettrica genera intorno a sé un campo magnetico. Se si avvolge il filo attorno a un nucleo di materiale ferromagnetico si ottiene un'elettrocalamita. Se si muove una spira di filo conduttore nelle vicinanze di una calamita, si genera una tensione elettrica ai capi della spira. Questo effetto si chiama induzione elettromagnetica ed è alla base del funzionamento delle macchine che trasformano l’energia meccanica in energia elettrica (alternatori e dinamo).