Energia - Caratteristiche e proprietà

Nulla si crea, nulla si distrugge, ma tutto si trasforma

Questa celebre frase, attribuita prima al filosofo Eraclito e poi al considerato “padre della chimica” Antoine Lavoisier, introduce il vasto argomento riguardante l’energia. L’energia è la capacità posseduta da un corpo, sottoforma meccanica, chimica, elettrica, termica, di produrre un lavoro, ossia tutte le volte in cui una forza agisce su di un corpo in concomitanza con il suo spostamento. Ciò che dà adito alla nostra affermazione, però, è il principio della conservazione dell’energia, secondo cui un corpo per passare da uno stato A ad uno stato B richiede una certa quantità di energia, che qualunque essa sia, resta sempre invariata. Per la particolarità di trasformarsi da una forma all’altra, in fisica è giustificato parlare di energia in senso generale, ma associandola al moto di un corpo causato da una forza, variabile o costante che sia, essa può essere distinta in energia cinetica e in energia potenziale.
L’energia cinetica che un sistema possiede, è quella dovuta al movimento delle diverse parti che lo compongono: una pallina da ping-pong in movimento ha energia cinetica, ma allo stesso modo un elettrone che scorre su un filo elettrico.
L’energia potenziale invece dipende dal tipo di forze che agiscono sul sistema: una massa situata in un campo gravitazionale gode di energia potenziale gravitazionale, ma una carica elettrica, posta nel suo campo elettrico, avrà un’energia potenziale elettrica; perciò possiamo associare la generale energia potenziale, alla posizione di un corpo rispetto al campo di forza al quale è soggetto.

Tutte le forze di cui fin ad ora si è parlato, hanno la proprietà di convertirsi l’una nell’altra e questo processo può avvenire sia spontaneamente che in maniera indotta, per esempio:
• in maniera spontanea; le piante per mezzo della clorofilla intercettano l’energia radiante proveniente dal sole e la trasformano in energia chimica, attuando la fotosintesi;

• in maniera indotta; con un motore a scoppio, del tipo utilizzato nelle comuni automobili, si sfrutta l’energia chimica del carburante, che viene trasformata grazie alla combustione in energia termica e in seguito in energia meccanica per azionare le ruote.

Inoltre per ogni trasformazione energetica si può calcolare il rendimento percentuale, che misura quanta parte dell’energia immessa in una forma iniziale è stata convertita nella forma finale: nei processi spontanei il rendimento è sempre del 100%, mentre, in quelli indotti, a seconda degli strumenti utilizzati, il valore varia.
Un altro fattore che mette in relazione le varie forme dell’energia è l’unità di misura, il joule, che prende il suo nome dal fisico britannico James Prescott Joule che grazie alle sue sperimentazioni ha posto le basi per il principio di conservazione dell’energia e difatti egli dimostrò il principio valido per i sistemi termodinamici. Un joule è pari al lavoro compiuto da una forza di 1 newton quando sposta il suo punto di applicazione di 1 metro, nella sua stessa direzione; se il verso della forza e dello spostamento è il medesimo, il lavoro svolto sarà detto motore; se i versi dei due vettori sono opposti allora il lavoro sarà detto resistente; se i vettori sono perpendicolari tra di loro il lavoro sarà nullo.
Al contrario esiste una grandezza fisica appartenente all’ambito energetico che non segue la stessa unità di misura, cioè la potenza. Si ha la necessità di introdurre questa grandezza, per esprimere la rapidità con la quale un sistema produce lavoro, definita ulteriormente come il lavoro compiuto dalla forza nell’unità di tempo, ovvero:

P = da cui consegue l’unità di misura del watt 1W = 1J/1S

In conclusione, ciò che abbiamo appreso finora è che l’energia è in ogni cosa e in ogni fenomeno ma l’imbarazzante verità è che non abbiamo idea di cosa sia davvero. Per quanto ne sappiamo l’energia è solo una strana proprietà astratta dell’universo, un numero la cui somma totale non cambia in nessuna circostanza e non le si può fornire una precisa definizione poiché non ha alcuna realtà materiale, ma è piuttosto un concetto matematico: non esiste nessuna sostanza corrispondente all’energia pura.