Tesina terza media sull'universo

L’universo

L'universo è tutto ciò che esiste nello spazio. L'universo si è creato grazie al Big Bang, secondo la quale tutto ciò che esiste, ovvero ciò che chiamiamo Universo, ebbe inizio tra 15 e 20 miliardi di anni fa.

Il punto di partenza fu una massa dal volume estremamente piccolo, nella quale si trovavano concentrate tutta l'energia e la materia che costituiscono attualmente l'Universo. Questo “punto” straordinariamente denso e caldissimo di un tratto esplose, scagliando tutto attorno ai suoi frammenti, che iniziarono un moto di espansione che ancora oggi continua.

Nell'espandersi la materia si raffreddò e tale raffreddamento consentì la prima formazione di particelle stabili come elettroni, protoni e neutroni, che solo poi si organizzarono nei primi atomi: idrogeno ed elio, i più semplici e leggeri possibili.

Questa materia in formazione non era uniformemente distribuita e iniziò ad aggregarsi, originando le prime stelle. Nelle stelle si formarono gli elementi più pesanti, che si diffusero nello spazio, originando nuovi corpi celesti.

In questi fenomeni di unione la forza in gioco fu la forza di gravità, che fa attrarre reciprocamente due corpi.

La forza di gravità

È merito di Newton aver scoperto che tutti i corpi celesti hanno una reciproca attrazione, chiamata forza di gravità, che dipende da vari fattori, come espresso dalla legge di gravitazione universale: la forza di gravità con cui due corpi si attraggono aumenta all'aumentare del prodotto delle loro masse e diminuisce all'aumentare del quadrato della distanza dei loro centri.

Le nebulose e le stelle

Le nebulose sono ammassi di polveri e gas che noi vediamo in cielo come zone debolmente luminose. I gas che le formano sono principalmente idrogeno, elio, azoto, ossigeno e ossido di carbonio. Da questo materiale nascono continuamente nuove stelle.

Le stelle sono corpi celesti capaci di emettere luce o, come si dice, “brillare di luce propria”. Arrivano a dimensioni enormi e la loro temperatura è così alta da innescare reazioni nucleari; da tali reazioni si sviluppa la straordinaria quantità di energia che rende questi corpi sorgenti di luce.

La vita delle stelle ha due strade. La prima è: dalla nebulosa si trasformano in stella con massa simile al Sole, gigante rossa, nana bianca e alla fine corpo nero.

La seconda è: dalla nebulosa si trasforma in stella fino a dieci volte maggiore del Sole, supergigante rossa, supernova e alla fine pulsar o buco nero.

Le stelle non sono sparse uniformemente nello spazio, ma si trovano riunite in sistemi, chiamati galassie. Anche se il Sole e i pianeti che vi orbitano attorno appartengono a una galassia, conosciuta con il nome di Via Lattea.

Il Sistema solare

La stella e i corpi che vi orbitano attorno (pianeti, satelliti, asteroidi e comete) costituiscono il Sistema solare. Nel Sistema solare ogni pianeta ruota intorno al Sole percorrendo una propria orbita di forma ellittica (moto di rivoluzione).

Contemporaneamente, ogni pianeta ruota su stesso attorno a un'asse immaginaria (moto di rotazione).

Le caratteristiche dei moti dei pianeti intorno al Sole furono studiate già all'inizio del XVII secolo da Keplero, grande astronomo tedesco, che enunciò le seguenti leggi:

• 1° legge: ogni pianeta percorre un'orbita ellittica intorno al Sole, che occupa una particolare posizione dell'ellisse, detto fuoco.
• 2° legge: il segmento che congiunge il Sole con un pianeta (raggio vettore) percorre aree uguali in tempi uguali.
• 3° legge: stabilisce una relazione tra dimensioni delle orbite e tempo impiegato a percorrerle, in base alla quale i pianeti più lontani dal Sole si muovono più lentamente di quelli più vicini.

I corpi del Sistema solare

Il Sistema solare comprende 8 pianeti che, in ordine di distanza dal Sole, sono:

• Mercurio
• Venere
• Terra
• Marte
• Giove
• Saturno
• Urano
• Nettuno

I pianeti sono suddivisi in due gruppi ben distanti da una zona intermedia detta fascia degli asteroidi. I pianeti che si trovano tra il Sole e la fascia degli asteroidi (Mercurio, Venere, Terra, Marte) sono detti pianeti interni, gli altri (Giove, Saturno, Urano, Nettuno) sono detti pianeti esterni.

I pianeti interni hanno dimensioni relativamente ridotte e presentano una superficie solida e compatta: per questo sono anche detti pianeti rocciosi. Il loro peso specifico è piuttosto elevato.

I pianeti esterni hanno grandi dimensioni e il loro peso specifico è basso. Possono essere considerati come grandi sfere di gas, tra i quali abbondano idrogeno ed elio, mentre solo al centro possiedono un nucleo roccioso e metallico. Per questa ragione sono detti anche pianeti gassosi.

Il Sole

Il Sole è la stella del nostro sistema solare da cui riceviamo costantemente luce e calore. È una sfera gigantesca con il raggio di circa 70000 km.

Il Sole ruota intorno a un proprio asse, ma con velocità diversa a seconda della latitudine: minore ai poli e crescente verso l'equatore. La rotazione dura 25 giorni all'equatore, mentre ai poli dura più di 30 giorni.

La struttura del Sole è formata da una serie di cerchi concentrici gassosi non ben delimitati e sono: il nucleo, la fotosfera, la cromosfera e la corona. Il Sole è una potentissima fonte di energia, che viene irradiata senza posa in ogni direzione dello spazio.

L'energia solare

L'energia solare. Il Sole è una fonte di energia inesauribile e pulita che può essere sfruttata in vari modi.

Le tecnologie attuali che consentono di utilizzare l'energia solare si dividono in 2 grandi gruppi: le tecnologie fotovoltaiche e le tecnologie dette del solare termico.

Le tecnologie fotovoltaiche consentono la trasformazione diretta dell'energia luminosa in energia elettrica. Si basano sull'effetto fotovoltaico, cioè sulla capacità di alcuni materiali, come il silicio, di generare una corrente elettrica quando sono colpiti dalla radiazione solare.

I pannelli fotovoltaici possono essere di 2 tipi:

• Grid connected: cioè collegati alla rete elettrica, in modo che nelle ore in cui non c'è luce a sufficienza la rete elettrica copra la richiesta di energia. Si utilizzano anche per l'alimentazione elettrica di edifici di grandi dimensioni.
• Stand alone: cioè impianti isolati. Sono di dimensioni inferiori e sono dotati di batterie che si caricano quando c'è luce ed erogano energia anche quando la luce non è sufficiente. Si utilizzano per piccole apparecchiature come lampioni stradali, trasmissione dati ecc.

Nelle centrali elettriche fotovoltaiche un grandissimo numero di generatori fotovoltaici fornisce l'energia elettrica che viene immessa nella rete di distribuzione dell'energia.

Le tecnologie del solare termico invece producono calore (e non elettricità) e sono quindi utilizzate per il riscaldamento degli ambienti e per la produzione di